基于固体的能量转换器、具有这种能量转换器的加热/冷却装置以及操作加热/冷却装置的方法

1.本发明涉及基于固体的能量转换器以及具有这种能量转换器的加热/冷却装置。本发明特别是涉及这种能量转换器的配置。


背景技术：

2.基于固体的能量转换器通常利用铁性材料(ferroisches material)中的热效应来将机械能可逆地转化为温度变化。在加热和/或冷却装置中将这种能量转换器用作热交换器，由于减少了机械工作量，与压缩式制冷机相比，可以改善效率，因此是一项环境友好型技术。
3.这种能量转换器的活性元件通常由热弹性材料构成，特别是形状记忆合金，在该热弹性材料中，在机械能作用下迫使微结构发生转变。这样的材料被称为热弹性、弹热性(elastokalorisch)或机械热(mechanokalorisch)材料。具体而言，这类材料能够在受到拉伸、压缩、弯曲、扭转或剪切负载时释放潜热，卸载时则吸收环境热。因此，所产生的温度变化可用来冷却或加热周围的介质。
4.例如，公开案de 10 2016 118 776 a1提供一种用于能量转换系统的热弹性能量转换器，其中热弹性元件以圆柱形布局受导引，这样，热弹性元件的同步旋转导致热弹性元件发生长度变化，从而实现至少一个热弹性元件的循环弹性变形和松弛，在此过程中释放或吸收热量。
5.然而，由于是圆柱形布局，这种布局的功率密度是有限的，并且会随着加热或冷却功率的提高(即随着热弹性元件的横截面面积的增大或者说随着圆柱体直径的增大)而变差。
6.wo 2017/097989 a1揭示一种基于循环过程的系统的操作方法，该系统包括用于流体的热侧贮存器和冷侧贮存器以及至少一个包含机械热材料的传热单元，其中传热单元的机械热材料被布置成与流体作用性连接，以便在机械热材料与流体之间进行热传递，其中机械热材料与流体之间的热传递基本上通过潜热传递而实现。机械热材料的形状变化是由机械热材料中的机械应力引起的，这样就引起了机械热材料的温度变化。在压缩第一传热单元的机械热材料时，机械热材料的弹性变形所包含的势能可用来压缩第二传热单元的机械热材料。
7.因此，本发明的目的是提供一种改进的能量转换器，其具有高功率密度，且可在高功率范围内扩展。


技术实现要素：

8.用以达成这个目的的解决方案是根据权利要求1所述的热弹性能量转换器以及根据并列权利要求所述的加热和/或冷却装置。
9.进一步的技术方案在从属权利要求中给出。
10.根据第一方面，提供一种热弹性能量转换器，特别是用于热弹性加热/冷却装置或热力耦合系统(-kraft-kopplungssystem)，包括：
[0011]-具有数个转换器装置的配置，其中每个转换器装置均具有一个或数个沿延伸方向布置的热弹性元件；
[0012]-加载装置，用于为数个转换器装置中的每一者的热弹性元件加载时变力曲线，
[0013]-耦合器，被设计为使得加载装置以相位偏移(phasenversetzt)的方式控制转换器装置的循环加载和卸载。
[0014]
耦合器可借助于
[0015]-转换器驱动装置，被设计为以某种方式控制加载装置，使得转换器装置以相位偏移的方式被控制，从而使相关转换器装置的热弹性元件循环地被加载和卸载，从而分别被循环地加热或冷却；或
[0016]-力提取装置(kraftauskopplung)，被设计为从能量转换器中提取由转换器装置提供给加载装置的机械能，
[0017]
而实现。
[0018]
此外，一个或数个转换器装置内部的热弹性元件可分别相互平行地布置在框架中，使得转换器装置形成一个或数个基本平整的热交换器平面，所述热交换器平面特别是完全容纳在框架内部。
[0019]
此外，数个转换器装置可形成至少一个基本平整的、总是包含数个转换器装置的热交换器平面，其中，一个热交换器平面的转换器装置特别是完全容纳在一个共用框架内部。
[0020]
关于上述能量转换器的一个构思是，通过一个共用耦合器来交替加载和卸载数个转换器装置的热弹性元件，从而使转换器装置中发生交替的放热和吸热。转换器装置分别具有采用平面布局的热弹性元件，这就可以通过简单的方式在两侧进行介质供应和介质排出，而不需要大量的设计工作。特别地，借此可沿着或横向于热弹性元件地导引介质，从而可以在热弹性元件的大部分表面进行热传递，并相应改善热交换特性。由于转换器装置的平面布局，只需将能量转换器堆叠起来，就可以实现级联。
[0021]
加载和卸载是通过热弹性元件的直接或间接机械耦合而实现的，因此，当其中一个转换器装置的热弹性元件被卸载时，至少一部分由此被释放出来的机械能可用于加载相应的另一个转换器装置的热弹性元件。通过耦合热弹性元件，有可能以某种方式控制这些热弹性元件，而使得设计工作量减至最少，并且可以有效利用结构空间。
[0022]
根据一种实施方式，加载装置可具有可移动地布置在框架中的共用滑架，该滑架与热弹性元件的其中一个端部连接，因此当共用滑架沿延伸方向循环平移时，实现对转换器装置的热弹性元件的交替循环加载和卸载，或者当转换器装置的热弹性元件被加载热负荷时，实现共用滑架沿延伸方向的循环平移。
[0023]
这就可以通过一个可往复运动的共用滑架来实现两个转换器装置的直接耦合。通过滑架的往复运动，对其中一个转换器装置的热弹性元件施加拉力，而相应的另一个转换器装置的热弹性元件则被卸载，反之亦然。使用共用滑架的结果是，在循环的往复运动中对机械应变能量进行综合能量回收，从而提高了性能系数。另外，两个转换器装置以交替的方式实现基本同步的转换器运行，同时尽可能地利用了滑架的行程运动。此外，使用滑架意味
着最大行程一般不受几何条件的限制。
[0024]
此外，转换器驱动装置可被设计为根据预定的运动轨迹(bewegungsprofil)循环地移动共用滑架，其中该运动轨迹特别是被设计为在循环操作期间提供用于加载其中一个转换器装置的加载阶段和滑架基本上不发生运动的保持阶段，以及/或者在循环操作期间提供用于加载转换器装置的加载阶段和用于卸载转换器装置的卸载阶段，其中，数个转换器装置的加载阶段和卸载阶段可具有不同的力曲线或应变曲线。
[0025]
根据另一实施方式，针对每个转换器装置，加载装置可各包括一个可移动地布置在框架中的滑架，其中，每个滑架都与相对应的转换器装置的相关热弹性元件连接，因此当滑架按相关运动轨迹沿延伸方向循环平移时，实现对热弹性元件的循环加载和卸载，或者当转换器装置的热弹性元件被加载热负荷时，实现相关滑架沿延伸方向的循环平移。
[0026]
这就可以通过没有或只有轻微自锁的转换器驱动装置来实现间接耦合，因此，卸载时通过其中一个转换器装置产生作用的机械能可被提供给另一个转换器装置，以对其进行机械加载。这样的配置不需要共用滑架，从而能实现单独的往复运动轨迹。借此可以以热力学优化的方式来形成各滑架的运动轨迹。
[0027]
特别地，滑架可机械耦合，以便至少部分地利用卸载其中一个转换器装置时所释放的机械能来加载另一个转换器装置。
[0028]
转换器驱动装置特别是可与滑架耦合，以便按照相关的、特别是非正弦形的运动轨迹来驱动滑架，其中，特别是循环运动轨迹分别提供用于加载相关转换器装置的加载阶段、相关滑架不发生运动的保持阶段和用于卸载相关转换器装置的卸载阶段。
[0029]
此外，加载阶段和卸载阶段可各自分段具有加载和/或卸载或滑架运动的线性分布(linearer verlauf)或其他的单调分布(monotoner verlauf)，其中线性分布特别是具有不同的梯度，或者，加载和/或卸载或滑架运动的其他单调分布具有不同的梯度分布(gradientenverlauf)。
[0030]
根据一种实施方式，转换器驱动装置可具有至少一个凸轮盘，该凸轮盘具有与相应滑架连接的凸轮随动件，其中凸轮盘与凸轮随动件接合，以便通过凸轮盘的联动导引(kulisse)来引发相关滑架特别是在延伸方向上所进行的、用于加载和卸载相关转换器装置的热弹性元件的运动。这就可以对转换器驱动装置的联动导引轮廓(kulissenprofil)进行调整来实现转换器装置的热弹性元件的冷却和/或加热功率优化加载和卸载，以实现冷却/加热装置的高热力学效率(性能系数)。
[0031]
通过这种方式，转换器驱动装置可与滑架耦合，以根据运动轨迹驱动滑架，其中循环运动轨迹分别具有用于加载相关转换器装置的加载阶段、相关滑架基本上不发生运动的保持阶段和用于卸载相关转换器装置的卸载阶段，其中特别是加载阶段和卸载阶段各自具有滑架运动的不同梯度。
[0032]
根据另一实施方式，力提取装置可具有至少一个凸轮盘，该凸轮盘具有与相应滑架连接的凸轮随动件，其中凸轮盘与凸轮随动件接合，以便由于对相关转换器装置的热弹性元件施加温度而引发相关滑架的运动，以及由于凸轮盘的联动导引而引发凸轮盘的旋转。
[0033]
根据另一实施方式，滑架由凸轮驱动装置驱动，该凸轮驱动装置允许优化调整滑架的运动轨迹。特别地，借此可以以热力学优化的方式导引滑架。
[0034]
根据另一个方面，提供一种能量转换器系统，特别是一种加热/冷却系统，包括：
[0035]-由至少一个上述能量转换器形成的配置；
[0036]-一个或数个用于将气态或液态介质提供给所述配置的介质供应件以及一个或数个用于将介质排出所述配置的介质排出件，所述介质特别是空气或水，
[0037]-介质路径切换装置，被设计为导引介质选择性地沿着第一或第二介质路径通过一个或数个转换器装置，以分离已冷却或已加热的介质；
[0038]
其中，耦合器被设计为使得至少一个能量转换器的运行与第一和第二介质路径之间的介质导引切换同步，从而使介质在分别用于从热弹性元件吸收热量以及用于向热弹性元件释放热量的第一和第二介质路径的导引下穿过所述配置。
[0039]
耦合器特别是可被设计为在数个能量转换器运行期间，当介质沿着第一或第二介质路径流过时，相对于介质穿过相关介质路径时的流动方向，时间上相对偏移地进行循环加载和卸载。
[0040]
此外，介质路径切换装置可配设至少一个介质控制元件，以在第一介质路径与第二介质路径之间进行切换。
[0041]
可以规定：介质路径切换装置形成有用于控制第一介质路径的至少一个第一介质供应件和第一介质排出件以及用于控制第二介质路径的至少一个第二介质供应件和第二介质排出件。
[0042]
可以规定：第一介质供应件和第一介质排出件以及第二介质供应件和第二介质排出件布置在能量转换器配置的不同侧上，其中特别是第一介质供应件、第一介质排出件、第二介质供应件和/或第二介质排出件被设置在转换器装置的框架部分或其表面侧上的盖体中。
[0043]
根据一种实施方式，能量转换器配置可具有数个彼此邻接的能量转换器，使得第一和第二介质路径各自穿过能量转换器的两个相邻的转换器装置，其中介质供应件和/或介质排出件布置在能量转换器配置的表面侧上，或者分别布置在能量转换器的转换器装置的框架中。这确保了高度的可扩展性，因为任意数量的能量转换器都可以结合在一个配置中。
[0044]
此外，至少一个介质供应件和/或至少一个介质排出件可具有矩形、圆形、椭圆形或三角形的开口横截面。
[0045]
可以规定：第一和/或第二介质路径沿着热弹性元件的延伸方向、横向于延伸方向并在热弹性元件的布置平面中形成，或者横向于延伸方向并横向于热弹性元件的布置平面地形成。
[0046]
根据另一个方面，提供一种操作热弹性能量转换器的方法，该热弹性能量转换器特别是用于热弹性加热/冷却装置或热力耦合系统，其中热弹性能量转换器包括具有数个转换器装置的配置，其中每个转换器装置均具有一个或数个沿延伸方向布置的热弹性元件，其中为数个转换器装置中的每一者的热弹性元件加载时变力曲线，其中以相位偏移的方式控制转换器装置的循环加载和卸载。
[0047]
根据另一个方面，提供一种操作能量转换器系统的方法，该能量转换器系统特别是加热/冷却系统，其中能量转换器系统具有：由至少一个上述能量转换器形成的配置；一个或数个用于将气态或液态介质提供给所述配置的介质供应件以及一个或数个用于将介
质排出所述配置的介质排出件，所述介质特别是空气或水；以及介质路径切换装置，被设计为导引介质选择性地沿着第一或第二介质路径通过一个或数个转换器装置，以分离已冷却或已加热的介质，其中使至少一个能量转换器的运行与第一和第二介质路径之间的介质导引切换同步，从而使介质在分别用于从热弹性元件吸收热量以及用于向热弹性元件释放热量的第一和第二介质路径的导引下穿过所述配置。
[0048]
此外，可以在数个能量转换器运行期间，当介质沿着第一或第二介质路径流过时，相对于介质穿过相关介质路径时的流动方向，时间上相对偏移地进行循环加载和卸载。
附图说明
[0049]
下面将参照附图详细说明实施方式。其中：
[0050]
图1a和图1b为根据第一实施方式具有共用滑架的能量转换器的示意图；
[0051]
图2a和图2b为用于根据图1的能量转换器的转换器驱动装置的不同示意图；
[0052]
图3a和图3b分别为用于在非连续过程或热力耦合过程的基础上通过相变来生热制冷的循环过程的示意图；
[0053]
图4为对滑架施力以实现热力学优化放热或吸热的示例性时间曲线，以及由此产生的温度剖面；
[0054]
图5a和图5b为根据第二实施方式具有独立滑架的能量转换器的示意图；
[0055]
图6a和图6b为用于根据图5的能量转换器的转换器驱动装置的不同示意图；
[0056]
图7为对滑架施力以实现热力学优化放热或吸热的示例性时间曲线，以及由此产生的关于图5的能量转换器的温度剖面；
[0057]
图8为具有数条可切换介质路径的加热/冷却配置的示意图；
[0058]
图9为加热/冷却配置的示意图，其具有可选择性开启和关闭的介质供应件和介质排出件，用于导引介质通过能量转换器的转换器装置；
[0059]
图10为图9的加热/冷却配置的示意图，具有介质导引配置；
[0060]
图11a和图11b为转换器驱动装置对可动式滑动闸板的致动运动(stellbewegung)进行机械耦合的说明；以及
[0061]
图12a至图12c为关于介质导引开口的横截面的各种实施方式；
[0062]
图13为在热弹性元件之间布置有间隔壁的能量转换器的示意图；以及
[0063]
图14为具有数条可切换介质路径的加热/冷却配置的示意图；
[0064]
图15为用于级联转换器装置的能量转换器堆叠配置。
具体实施方式
[0065]
图1a和图1b示出能量转换器1的透视图，该能量转换器具有布置在包围式框架2的框架结构中的转换器装置3a、3b。在本实施例中，在共用框架2中设有两个转换器装置3a、3b，然而，在一个共用框架2内部也可设置两个以上的转换器装置3a、3b。
[0066]
转换器装置3a、3b各自形成有一定数量的热弹性元件4，这些热弹性元件从框架2的一个框架侧2a、2b沿延伸方向e延伸至可沿延伸方向e平移的滑架5。滑架5以受导引的方式保持在其他的相对框架侧2c、2d之间，并且作为加载装置，用于为数个转换器装置3a、3b中的每一者的热弹性元件加载时变力曲线。
[0067]
如图1a所示，滑架5以受导引的方式保持在桥接部件7中。桥接部件7用于将转换器装置3a、3b彼此分开，从而防止转换器装置3a、3b之间发生介质交换。桥接部件7优选将转换器装置3a、3b相对于彼此地密封起来。桥接部件7在框架中布置在框架侧2c、2d之间，并且可优选具有与框架侧2c、2d相同的厚度。
[0068]
图2a和图2b示出可用来移动滑架5的转换器驱动装置10。滑架5分别由转换器驱动装置10的凸轮随动件12保持在其相对的两端并通过转换器驱动装置而移动。
[0069]
为此，热弹性元件4的端部借助于相应的保持元件6固定在框架2、2a、2b和滑架5上，这样就可以通过滑架的平移来为热弹性元件加载拉力，必要时则加载压力。保持元件6可以确保热弹性元件4的易更换性。
[0070]
热弹性元件4的相应端部例如可配设燕尾形联接部，该燕尾形联接部可插入保持元件6的对应的燕尾形联接部中。保持元件6可以通过长度可调的连接固定在框架2和/或滑架5上，例如螺纹杆/螺母连接，如此一来，通过改变长度可调的连接，例如通过拧紧螺母，可以对热弹性元件4施加预应力。
[0071]
热弹性元件4可相互平行地布置在一个或数个平面中，特别是以沿着框架侧2a、2b的布置方向，从而使热弹性元件4的整个布局全都容纳在框架2的平面中，而不突出于框架2的平面。
[0072]
热弹性元件4的热弹性材料可包含形状记忆合金，例如镍钛，因此能够在弹性应变或松弛期间通过相变(即晶格结构的转变)释放或吸收潜热。当形状记忆合金受力发生机械变形时，奥氏体材料结构通常会转变为马氏体材料结构，并在此过程中释放热量。卸载时，材料会因弹性变形而恢复原来形状，这时马氏体材料结构变回奥氏体材料结构，并在此过程中从环境中吸收热量。其他对所施加的机械应力场表现出相应的可逆热变化的材料，在此也可用于热弹性元件4。
[0073]
如图2a和图2b中以两个视图更详细地所示，转换器驱动装置10可借助于可旋转的凸轮盘11形成，该凸轮盘具有联动导引轮廓，并与安装在滑架5上的凸轮随动件12接合。凸轮随动件12布置在滑架5两侧，呈叉形，且具有叉齿12a。叉齿12a优选配设有滚轮13，所述滚轮包围凸轮盘11，以便使凸轮随动件12跟随凸轮盘11的联动导引轮廓，从而移动相关的滑架5。
[0074]
凸轮盘11布置在驱动轴15上，该驱动轴由驱动单元16如电力驱动装置或类似装置驱动旋转。转换器装置3a、3b通过凸轮盘11和凸轮随动件12实现耦合。
[0075]
该装置一般可用于生热制冷或用于热力耦合，以将热势差转化为机械能。
[0076]
图3a和图3b分别示出用于生热制冷的绝热循环和用于热力耦合的绝热循环。
[0077]
图3a示出通过形状记忆材料在非连续过程中的相变来生热制冷的绝热循环。从形状记忆材料具有温度t1的p1阶段开始，在形状记忆材料的绝热弹性变形过程中(弹性应力ε变大)释放潜热，从而使形状记忆材料升温至温度t2。在p2阶段，在变形保持不变的情况下，释放的热量通过散热器散去，使形状记忆材料的温度下降到温度t3。在p3阶段，热弹性材料再度绝热松弛(ε减小)，并在此过程中吸收潜热，使其温度下降，并在松弛过程后达到温度t4，如p4阶段所示。通过从热源吸收热量，形状记忆材料的温度再次提高至用于p1阶段的过程的初始温度t1。
[0078]
图3b示出通过形状记忆材料在非连续过程中的相变来进行热力耦合的绝热循环。
从k1阶段开始(在该阶段，形状记忆材料从温度t1被加热至长配置且应变ε2恒定的温度t2)，形状记忆材料发生拉伸。在k2阶段，形状记忆材料以ε1到ε2的应变变化从马氏体(长)转变为奥氏体(短)，并对转换器装置施加机械力。在k3阶段，材料从短配置ε1的t2冷却到t1，从奥氏体转变为马氏体。在k4中，材料在恒定温度t1下被转换器装置从ε1拉长到ε2。所需要的力比k2中施加到转换器装置上的力小得多。
[0079]
在下文中，将描述用于制冷或生热的实施方式。转换器装置3a、3b的热弹性元件4优选在滑架5的一个位置上松弛或者只被加载分别设置好的预应力。通过在转换器装置3a、3b的热弹性元件4的延伸方向e上移动滑架5，这些热弹性元件可交替地被加载和卸载，特别是被拉伸和压缩(或被卸载)。滑架5优选在延伸方向e上移动，以避免热弹性元件4受到弯曲负载，而弯曲负载可能会加重材料疲劳。
[0080]
通过对其中一个转换器装置3a的热弹性元件4施加拉力，使热弹性元件发热，而将另一个转换器装置3b卸载，则能从环境中吸收热量。在转换器驱动装置10的帮助下，滑架5按照预定的运动轨迹往复运动。该运动轨迹由凸轮盘11的联动导引轮廓规定。往复运动可以呈正弦形，但往复运动可按照非正弦形的运动轨迹进行，从而实现热力学优化的吸热和放热。
[0081]
图4示例性地图示滑架5在延伸方向e上的运动轨迹或者说在延伸方向上对滑架的施力k，以在热力学上改善放热或吸热。可以看到加载与卸载之间的阶段交替以及在此之间的保持阶段，在保持阶段中，可以从两个转换器装置3a、3b中对应的示意性温度曲线t上识别出供热或散热的发生。由于共用滑架5的存在，加载和卸载是交替进行的。
[0082]
图5a和图5b示出能量转换器1的替代性实施方式，不同于图1a、图1b的实施方式，该能量转换器具有两个独立的、例如相邻布置的滑架5a、5b，而不是一个滑架5。每个滑架5a、5b均设有两个凸轮随动件12，这些凸轮随动件分别布置在各自对应的滑架5a、5b两侧。滑架5a、5b分别与其中一个转换器装置3a、3b对应，并且保持在桥接部件7a、7b中，而桥接部件确保转换器装置3a、3b被密封以防止介质泄漏。
[0083]
借助于这种配置，可以根据不同的加载和卸载曲线来操作转换器装置3a、3b以改善转换器装置3a、3b的效率。滑架5a、5b两侧的凸轮盘11优选安装在共用驱动轴15上。凸轮盘11和各自所对应的凸轮随动件12布置在相关滑架5a、5b两侧，因此，当转换器驱动装置10启动后，每个滑架5a、5b的凸轮随动件12的运动是彼此同步的。
[0084]
图6a和图6b详细示出用于控制独立滑架5a、5b的转换器驱动装置10的两个视图。该转换器驱动装置具有两个凸轮盘11，所述凸轮盘布置在驱动轴15上并且具有相对偏移的联动导引轮廓，借此可为两个滑架5a、5b个别设置循环运动轨迹，从而使转换器装置3a、3b实现热力学优化放热或吸热。
[0085]
通过利用凸轮驱动装置10将滑架5a、5b耦合起来，两个滑架5a、5b的运动相互耦合，使得从弹性变形中回收的机械能以卸载其中一个转换器装置3a、3b的方式通过凸轮盘11的联动导引轮廓被释放出来，并且作为力矩被传递到驱动轴15上，从而可以至少部分地被用来加载相应的另一个转换器装置3a、3b的热弹性元件4。滑架5a、5b通过凸轮随动件12以及通过轴15而耦合的凸轮盘11实现耦合。
[0086]
图7示例性地图示转换器装置3a、3b可能的运动轨迹或加载曲线，并示意性地示出由此产生的温度变化。可以看出，通过对转换器装置3a、3b进行个别控制，可以实现具有不
同运动轨迹的加载和卸载过程。因此，可以规定：与相关滑架5a、5b为了卸载热弹性元件4所受到的卸载或所做的运动的线性分布相比，滑架5a、5b为了加载相关转换器装置3a、3b的热弹性元件4所做的运动，其线性分布的加载梯度或运动梯度更低。其他非线性但单调的梯度分布也是可想象的。
[0087]
从热力学角度看，在加载阶段与卸载阶段之间设置保持阶段是有意义的，保持阶段提供恒定的加载进度或梯度非常小的加载进度，基本上不会对生热或制冷有任何贡献。换言之，在保持阶段应减小加载进度，以便在不产生额外热效应的情况下，实现对前一个加载阶段所产生的热量的放热或前一个卸载阶段所产生的热量的吸热。如果前面的加载和卸载速度如此之慢，以至于潜热的能量被介质直接释放而无明显延迟，保持阶段则可相应地短些。这对等温绝热过程特别有利。
[0088]
也可以在数个加载阶段之间且/或在数个卸载阶段之间设置一个或数个保持阶段。加载阶段和/或卸载阶段期间所发生的加载或运动，除了线性分布外，也可以具有其他类型的分布，其中，这些分布应该是单调的。
[0089]
图8示意性地示出加热/冷却装置20。为了在加热/冷却装置20中使用能量转换器1进行冷却和/或加热，可以设置用于沿不同的介质路径s1、s2通过转换器装置3a、3b进行热传输的交替式介质导引，以便将释放出来的热能提供给介质流以加热介质流，以及/或者通过从介质吸收热量来冷却介质。为此，例如设置用于向至少一个能量转换器1所形成的配置提供待加热介质(特别是空气或水)的第一介质供应件21a、用于将已加热介质排出该配置的第一介质排出件22a、用于从该配置中提供待加热介质(特别是空气或水)的第二介质供应件21b以及用于将已加热介质排出该配置的第二介质排出件22b。在介质供应件21a、21b和介质排出件22a、22b中分别设有介质路径切换装置的介质控制元件23，例如介质挡板或介质阀门，其作用是选择性地导引介质沿第一或第二介质路径p1、p2通过该配置。
[0090]
图9和图10示出一种示例性实施方式。图9的加热/冷却装置20设有介质控制元件23，所述介质控制元件分别设有一个或数个可调节的介质供应件21a、21b和介质排出件22a、22b以作为分别可选择性开启的介质导引开口。
[0091]
为此，可调节的介质导引开口在框架2中优选可布置在转换器装置3a、3b的上方和下方，从而与框架2一起包围热弹性元件的布局。这就可以通过选择性地开启或关闭其中一个介质供应件21a、21b或其中一个介质排出件22a、22b来为每个转换器装置3a、3b切换介质路径s1、s2。
[0092]
在一种实施方式中，也可以将数个能量转换器1的框架2堆叠在一起，相应地，介质导引开口21a、21b、22a、22b可以只设置在能量转换器1的最上面的转换器装置3a、3b上方和最下面的转换器装置3a、3b下方。此外，在其他实施方式中，也可以将一些介质导引开口21a、21b、22a、22b设置在数个能量转换器1的堆叠框架2之间。
[0093]
原则上，穿过能量转换器1的一条介质路径或数条介质路径可被设置成在热弹性元件4沿延伸方向e的整个长度上或大部分长度上横向流向热弹性元件，以便在热弹性元件4与介质之间实现尽可能快的热传递。这可以通过位于表面侧上的或位于框架2的基本平行于热弹性元件4而延伸的框架部分上的介质导引开口21a、21b、22a、22b而实现。
[0094]
作为替代方案，介质也可以至少部分地沿热弹性元件4的延伸方向流动。这可以通过在框架的保持侧2a、2b(热弹性元件4保持在所述保持侧上)上设置介质导引开口21a、
21b、22a、22b，或者通过将位于表面侧上的或位于框架2的基本平行于热弹性元件4而延伸的框架部分上的、彼此相对的介质导引开口21a、21b、22a、22b偏置而实现。这对于改善级联过程中的内部介质导引是有利的。
[0095]
如图9中的加热/冷却装置的实施方式所示，介质导引开口可例如被设计成栅板(registerblende)，如图10所示，其开口与介质导引配置25连接，以便将介质提供给介质供应件21a、21b，并从介质排出件22a、22b排出介质。介质导引配置25分别与一个或数个介质供应件21a、21b连接，并分别与一个或数个介质排出件22a、22b连接，运行期间通过这些介质供应件和介质排出件提供或排出介质流，从而形成穿过一个或数个能量转换器1所组成的配置的介质路径s1、s2。
[0096]
优选地，用于加热的介质在相关转换器装置3a、3b的第一侧上被提供给第一介质供应件21a，并通过第一介质排出件22a从相关转换器装置3a、3b的第二侧排出。同样，用于冷却的介质在相关转换器装置3a、3b的第二侧上被提供给第二介质供应件21b，并通过第二介质排出件22b从相关转换器装置3a、3b的第一侧排出。
[0097]
通常以某种方式控制第一和第二介质供应件21a、21b和介质排出件22a、22b的开启和关闭，使得：所提供的介质流入相关转换器装置3a、3b的一个区域，在转换器装置3a、3b的表面方向上沿着或横向于热弹性元件4流动，并借助于相应的介质导引配置25，通过沿延伸方向e和/或布置方向相对于介质供应件21a、21b偏移布置的介质排出件22a、22b排出。
[0098]
如图9所示，介质供应件21a、21b和20的介质挡板23可分别被设计成栅板。该栅板具有包含相关介质导引开口21a、21b、22a、22b的固定式滑动闸板26a以及布置在该固定式滑动闸板上的、包含相应布置的开口的可动式滑动闸板26b，因此根据滑动闸板26a、26b的重叠情况，在其中一个转换器装置3a、3b的第一侧上，第一介质供应件21a开启，且第二介质排出件22b关闭，而在其中一个转换器装置3a、3b的第二侧上，第二介质供应件21b关闭，且第一介质排出件22a开启。特别地，这就可以在两个位置之间移动可动式滑动闸板26b，在这两个位置上，分别只有一个介质导引开口21a、22b开启，而相应的另一个介质导引开口21a、21b关闭。
[0099]
可以通过转换器驱动装置10或与其耦合的凸轮随动件12来实施对介质导引开口21a、21b、22a、22b的控制或可动式滑动闸板26b的致动运动。例如，如图11a和图11b中的两个开启位置所示，可动式滑动闸板26b可以通过合适的机械耦合器(例如通过杠杆装置27)与凸轮随动件12耦合，使得介质导引开口21a、21b、22a、22b的开启和关闭循环与相关转换器装置3a、3b的热弹性元件4的加热和冷却(加载和卸载)同步发生。
[0100]
也就是说，介质供应件21a、21b和介质排出件22a、22b的开启和关闭是根据相关转换器装置3a、3b的热弹性元件4的加载和卸载进行的，并且可由共用的转换器驱动装置10进行相应控制。作为替代方案，介质供应件21a、21b和介质排出件22a、22b的开启和关闭可以通过单独的控制来进行，该控制与热弹性元件4的加载和卸载过程同步。
[0101]
在替代性实施方式中，介质供应件21a、21b和介质排出件22a、22b的开启和关闭也可以相对于相关转换器装置的两侧交替进行，亦即，为了加热介质，第一侧上的供应和排出开口同时开启，而相关转换器装置3a、3b的相对第二侧的介质供应件21a、21b和介质排出件22a、22b关闭，为了冷却介质，第二侧上的介质供应件21a、21b和介质排出件22a、22b同时开启，而转换器装置3a、3b的相对第一侧的介质供应件21a、21b和介质排出件22a、22b关闭。
[0102]
同时开启的介质供应件21a、21b和介质排出件22a、22b应在转换器装置的表面方向上偏移布置，以使热弹性元件4得到尽可能好的散热或供热。介质供应件21a、21b和介质排出件22a、22b特别是可被布置成使得介质能沿着热弹性元件4的延伸方向或横向于热弹性元件流动。
[0103]
图12a至图12c示出关于介质导引开口的横截面的各种实施方式。例如，图12a示出相应的介质导引开口，该在介质导引开口热弹性元件4沿其延伸方向e的大部分长度(》80％)上延伸。相关转换器装置3a、3b的第一侧和第二侧上的介质供应件21a、21b和介质排出件22a、22b横向于延伸方向偏移，使得介质横向于延伸方向e地通过相关转换器装置3a、3b。
[0104]
此外，图12b示出三角形的介质导引开口，该介质导引开口在热弹性元件4沿其延伸方向e的大约一半长度上延伸。第一侧和第二侧上的介质供应件21a、21b和介质排出件22a、22b相对于延伸方向偏移，使得介质至少部分地沿延伸方向通过相关转换器装置3a、3b，其中，三角形的介质导引横截面所造成的流阻是均匀的。
[0105]
此外，图12c示出矩形的介质导引开口，该介质导引开口在热弹性元件4沿其延伸方向e大约不到一半的长度上延伸。第一侧和第二侧上的介质导引开口在延伸方向e上偏移，使得介质沿延伸方向通过相关转换器装置3a、3b。
[0106]
如图13所示，可以在热弹性元件4之间设置沿延伸方向延伸的间隔壁28。所述间隔壁用于能量转换器1内部的介质导引，迫使介质在热弹性元件4的延伸方向上流动，以实现更好的热输入或热输出。
[0107]
原则上，介质供应件21a、21b和介质排出件22a、22b可以设置在转换器装置3a、3b的所有侧上。这样，介质导引开口也可以穿过框架2延伸至热弹性元件4。总的来说，转换器装置3a、3b分别位于介质路径s1、s2所经过的封闭容积内。其中，介质导引开口被布置成使得介质路径至少经过大部分的热弹性元件4，以便将介质与热弹性元件4之间的热传递最大化。
[0108]
在图14示意性所图示的替代性实施方式中，介质路径可具有一个共用的介质供应件和若干单独的、配设有相应的介质控制元件23的介质排出件22a、22b。介质挡板与转换器驱动装置10对转换器装置3a、3b的控制同步运行，以便分别排出已加热或已冷却的介质。
[0109]
作为替代方案，也可以设置一个共用的介质排出件，其具有可切换支路，以便将已加热和已冷却的介质柱在其通过一个或数个能量转换器1所形成的配置后导引到彼此分离的排出路径上。
[0110]
此外，如图15的能量转换器系统20所示，可将数个能量转换器1堆叠在一起，使其框架2上下叠置。此时，只有该堆叠配置的上侧和下侧可设置可被相应控制的介质供应件21a、21b和介质排出件22a、22b，使得介质可横向于转换器装置3a、3b的表面方向地通过这些转换器装置。
[0111]
作为替代方案，穿过这种堆叠配置的介质路径也可以呈蜿蜒走向，并且在此过程中横向于热弹性元件4的延伸方向或沿其延伸方向延伸。也可以在介质路径上设置开口来供应介质或排出介质。
[0112]
通过堆叠能量转换器1，可以大幅提高加热/冷却装置的功率。由于堆叠的可能性和通过热弹性元件4的数量及其长度来进行配置的可能性，这样一种加热/冷却装置20的结
构尺寸是可调整的，且不会显著降低与结构体积有关的功率密度。
[0113]
当将介质导引开口布置在框架2中时，在上侧和下侧封闭的情况下也可以设置框架的横向布局，在该布局中，介质流依次流过能量转换器1的转换器装置3a、3b，从而被加热或被冷却。
[0114]
在能量转换器系统20中，所述耦合器可被设计为使得至少一个能量转换器的运行与第一和第二介质路径s1、s2之间的介质导引切换同步，从而使介质在分别用于从热弹性元件4吸收热量以及用于向热弹性元件4释放热量的第一和第二介质路径s1、s2的导引下穿过所述配置。
[0115]
所述耦合器特别是可被设计为在数个能量转换器运行期间，当介质沿着第一或第二介质路径s1、s2流过时，相对于介质穿过相关介质路径时的流动方向，时间上相对偏移地进行循环加载和卸载。这样就可以根据加热阶段和冷却阶段交替时介质的流速，先将留在配置内部的介质压出来，而转换器装置3a、3b只有在待加热或冷却的介质到达相关转换器装置3a、3b时才能被激活，即加载或卸载。