DE102016117942A1

DE102016117942A1 - Verfahren und Vorrichtungen zur Nutzung von thermischer Energie und zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen

Info

Publication number: DE102016117942A1
Application number: DE102016117942.6A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2018-03-29

Abstract

Die thermische Energie wird überwiegend erst dann für die Erzeugung von Arbeit genutzt, wenn Temperaturniveaudifferenzen vorliegen, die eine bestimmte Mindesthöhe aufweisen. Ein großer Anteil der zur Zeit eingesetzten Sterlingmotoren weist zudem einen Wirkungsgrad auf, der weit unterhalb des Carnot-Wirkungsgrades liegt. Die angegebenen Verfahren und Vorrichtungen ermöglichen eine Optimierung der Nutzung von thermischer Energie sowie der Nutzung und Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen. Die Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz (56) erfolgt durch die Erzeugung von mehreren Temperaturniveaudifferenzen (57). Innerhalb von Kreislaufprozessen (5) durchläuft ein Arbeitsfluid verschiedene Zustandsänderungen, die unter anderem aus einer weitgehend isobaren 3) oder weitgehend isochoren Erhöhung (6) sowie aus einer isochoren Verringerung (4, 7) des Temperaturniveaus bestehen. Die Kompressionen und Expansionen werden annähernd adiabatisch durchgeführt. Die Temperierung und der Wärmeaustausch können mit der größten Effektivität erfolgen, die praktisch umsetzbar ist. Nutzung von thermischer Energie sowie Nutzung und Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Nutzung von thermischer Energie und zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass das Temperaturniveau eines Fluides oder eines Körpers nur dann für die Erzeugung von Arbeit genutzt werden kann, wenn für die Nutzung dieses Temperaturniveaus ein anderes Fluid oder ein anderer Körper oder ein anderes Volumen des selben Fluides oder ein anderer Bereich des selben Körpers zur Verfügung steht, der ein anderes Temperaturniveau aufweist. Nur wenn eine Temperaturniveaudifferenz vorliegt, kann Arbeit erzeugt werden bzw. ist die Umwandlung in eine höherwertige Energie möglich. Der Unterschied zwischen zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus kann mit einer Wärmekraftmaschine genutzt werden. Sterlingmotoren sind Wärmekraftmaschinen, die keine innere Verbrennung benötigen. Der theoretisch maximale Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine wird in der Regel durch den Carnot-Wirkungsgrad dargestellt. Bei der Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen mit Hilfe einer Wärmekraftmaschine kann maximal der Carnot-Wirkungsgrad erreicht werden. Der reale Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine liegt unterhalb des Carnot-Wirkungsgrades und der tatsächliche Wirkungsgrad einer Kraft-Wärme-Maschine ist geringer als die Carnot’sche Leistungszahl. Ein großer Anteil der Sterlingmotoren, die zur Zeit eingesetzt werden, um Temperaturniveaudifferenzen zu nutzen, weisen einen Wirkungsgrad auf, der weit unterhalb des Carnot-Wirkungsgrades liegt. Außerdem werden zur Zeit überwiegend nur Temperaturniveaudifferenzen für die Erzeugung von mechanischer Arbeit genutzt, die eine bestimmte Mindesthöhe aufweisen. Geringere Temperaturniveaudifferenzen, die unterhalb einer bestimmten Mindesthöhe liegen, werden für die Erzeugung von mechanischer Arbeit in der Regel nicht verwertet. Ferner werden überwiegend Verbrennungsmotoren und Kraftwerke mit Verbrennungsvorgängen für die Erzeugung von mechanischer Arbeit eingesetzt, bei denen eine Nutzung von möglichst großen Temperaturniveaudifferenzen erfolgt. Die thermische Energie kann nur genutzt werden, wenn Temperaturniveaudifferenzen in einer ausreichenden Höhe vorliegen. Es ist erforderlich, dass die Temperaturniveaudifferenzen möglichst groß sind, wenn diese mit Hilfe einer Wärmekraftmaschine genutzt werden. Mit der DE 10 2013 114 159 A1 wird eine optimale Verwertung von thermischer Energie sowie die Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen beschrieben. Die Nutzung wird unter anderem durch Fluidströme für die Wärmeübertragung optimiert, die für eine Temperierung des Arbeitsfluids in Bezug auf das Temperaturniveau und den Druck an den jeweiligen Prozessschritt angepasst sind. Zudem wird zum ersten Mal die Möglichkeit beschrieben, Temperaturniveaudifferenzen zu erzeugen, indem Wärmemengen abgebaut werden. Weitere Optimierungen sind möglich, um die Nutzung von thermischer Energie und die Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen zu verbessern.
Aufgabe
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtungen anzugeben, die die Nutzung von thermischer Energie ermöglichen, und/oder die zu einer Optimierung der Erzeugung und/oder der Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen führen.
Darstellung der Lösung
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Nutzung von thermischer Energie aufgrund einer Verwertung einer Temperaturniveaudifferenz durch Zustandsänderungen eines Arbeitsfluides innerhalb von Kreislaufprozessen, die unter anderem aus einer Erhöhung des Temperaturniveaus, aus einer Expansion, aus einer Verringerung des Temperaturniveaus und aus einer Kompression des Arbeitsfluides bestehen, wobei die zur Verfügung stehende Temperaturniveaudifferenz in mehrere Temperaturniveaudifferenzen aufgeteilt wird, und wobei der Wirkungsgrad durch diese Aufteilung insgesamt höher ist, als der Wirkungsgrad bei der Nutzung der einer Temperaturniveaudifferenz ohne die Einteilung in mehrere Temperaturniveaudifferenzen, gelöst. Je kleiner eine Temperaturniveaudifferenz ist, desto niedriger ist in der Regel der Wirkungsgrad, der bei der Nutzung dieser Temperaturniveaudifferenz erreicht werden kann. Aufgrund der folgenden Verfahren und/oder Vorrichtungen wird eine effektive Wärmeübertragung ermöglicht. Eine größere Temperaturniveaudifferenz, die gegebenenfalls mit den jeweiligen Verfahren und/oder Vorrichtungen so genutzt werden kann, dass ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird, wird nicht in mehrere kleinere Temperaturniveaudifferenzen aufgeteilt. Neben der Aufteilung einer großen Temperaturniveaudifferenz in mehrere kleinere Temperaturniveaudifferenzen besteht die Möglichkeit, dass durch die Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz eine weitere Temperaturniveaudifferenz entsteht, die genutzt werden kann und mehrere Temperaturniveaudifferenzen auf diese Weise hintereinander genutzt werden. Eine Aufteilung einer größeren Temperaturniveaudifferenz in mehrere kleinere Temperaturniveaudifferenzen erfolgt, wenn dadurch bei den vorgegebenen Temperaturniveaudifferenzen und den Verfahren und/oder Vorrichtungen, mit denen diese genutzt werden, ein größerer Wirkungsgrad erreicht wird. Wenn eine kleinere Temperaturniveaudifferenz auf einem insgesamt höheren Temperaturniveau genutzt wird, kann die Wärme, die auf diesem höheren Temperaturniveau abgegeben wird, zum Beispiel aufgrund der Nutzung eines Kreislaufes mit einem Arbeitsfluid, der mit einer isochoren Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides verbunden ist, in einem weiteren Kreislauf, der sich vom ersten Kreislauf durch ein durchschnittlich niedrigeres Temperaturniveau unterscheidet, weiter genutzt werden. Die niedrigeren Wirkungsgrade der Kreisläufe, die die kleineren Temperaturniveaudifferenzen nutzen, addieren sich zu einem Wirkungsgrad, der mit dem höheren Wirkungsgrad verglichen werden kann, die ein Kreislauf mit einer größeren Temperaturniveaudifferenz aufweist. Wenn die Wärmeübertragungen und die Prozesse der Vorrichtungen eine entsprechend hohe Effektivität aufweisen, kann durch eine Aufteilung der Temperaturniveaudifferenz auch bei niedrigeren Temperaturniveaudifferenzen mehr als die Hälfte der zugeführten Wärmemenge abgebaut werden. Von Bedeutung ist, dass eine Aufteilung in mehrere Temperaturniveaudifferenzen möglich ist. Dies kann bei den folgenden Verfahren und/oder Vorrichtungen berücksichtigt werden.
Des Weiteren wird für die Lösung der Aufgabe ein Verfahren zur Nutzung von thermischer Energie aufgrund einer Verwertung einer Temperaturniveaudifferenz durch Zustandsänderungen eines Arbeitsfluides innerhalb von Kreislaufprozessen, die unter anderem aus einer Erhöhung des Temperaturniveaus, aus einer Expansion, aus einer Verringerung des Temperaturniveaus und aus einer Kompression des Arbeitsfluides bestehen, wobei in mindestens einem Fluidraum eine annähernd isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides vor der Kompression erfolgt, und wobei in mindestens einem weiteren Fluidraum eine annähernd isobare Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides vor der Expansion erfolgt, und wobei in den Fluidräumen eine Temperierung des Arbeitsfluides erfolgt, die mit einem Fluid zur Wärmeübertragung annähernd im Gegenstromverfahren umgesetzt wird, und wobei die Kompression und die Expansion des Arbeitsfluides überwiegend adiabatisch erfolgen, und wobei die abgeleiteten Ströme eines Fluides zur Wärmeübertragung zur weiteren Nutzung weitergeleitet werden, verwendet. Für die Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz wird das Arbeitsfluid durch einen Kreislaufprozess geführt. Der Kreislauf des Arbeitsfluides besteht aus der Erhöhung des Temperaturniveaus. Anschließend folgt eine Expansion, aufgrund der Druckniveaudifferenz. Die Druckniveaudifferenz ergibt sich aus dem höheren Druckniveau der Volumen des Arbeitsfluides, das ein erhöhtes Temperaturniveau aufweisen und dem niedrigeren Druckniveau der Volumen des Arbeitsfluides, die ein geringeres Temperaturniveau besitzen. Danach wird das Temperaturniveau des expandierten Volumens des Arbeitsfluides isochor oder annähernd isochor verringert. Nach der Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides erfolgt die Kompression des Arbeitsfluides. Danach beginnt ein Kreislauf erneut, indem das Temperaturniveau des Arbeitsfluides erhöht wird. Nach der Expansion wird das Arbeitsfluid in einen Fluidraum geleitet, indem das Arbeitsfluid an Wärmetauschern im Gegenstromverfahren temperiert wird. Das Volumen des Fluidraums ist im Verhältnis zu dem Volumen des zugeführten expandierten Arbeitsfluides so groß, dass aufgrund der Zuführung des expandierten Arbeitsfluides nur möglichst geringfügige Änderungen des Druckniveaus auftreten. Ferner sind die Wärmetauscherflächen so ausgelegt, dass die Temperierung des eingeleiteten expandierten Arbeitsfluides innerhalb eines Zeitraums erfolgt, der an das zu- und abgeführte Volumen sowie an das Volumen des Fluidraums angepasst ist. Die Vorteile bestehen darin, dass bei der isochoren oder annähernd isochoren Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides die geringstmögliche Wärmemenge abgegeben wird, die für die Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides erforderlich ist. Je mehr Wärme aufgenommen wird und je weniger Wärme abgeleitet wird, desto mehr Wärme wird für die Umwandlung in Arbeit genutzt. Damit die Verluste bei der Wärmeübertagung möglichst gering sind, erfolgt zudem eine Temperierung des Arbeitsfluides im Gegenstromverfahren. Das abgeleitete Fluid zur Wärmeübertragung kann in einer anderen Vorrichtung weiter genutzt werden. Aufgrund der effizienten Wärmeübertragung können mehrere Kreisläufe, die ein Arbeitsfluid enthalten können, hintereinander geschaltet werden. Ein weiterer Vorteil besteht in der praktischen Umsetzbarkeit des Verfahrens, dass durch die folgenden Verfahren und Vorrichtungen ergänzt und erläutert wird. Insbesondere wird die praktische Umsetzbarkeit und die möglichst weitgehende Reduzierung der abgegebenen Wärmemenge durch die nachstehenden Verfahren ergänzt. Das Arbeitsfluid wird adiabatisch oder annähernd adiabatisch komprimiert. Danach wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides erhöht. Das Arbeitsfluid wird aufgrund der annähernd adiabatischen Kompression mit einem erhöhten Temperaturniveau der weiteren Erhöhung des Temperaturniveaus zugeführt. Das erhöhte Temperaturniveau des Arbeitsfluides aufgrund der adiabatischen Kompression hat den Nachteil, dass die Temperaturniveaudifferenz des Fluides zur Wärmeübertragung über diesem erhöhten Temperaturniveau des Arbeitsfluides liegen muss. Es wird also eine geringere Temperaturniveaudifferenz bei der Erhöhung des Temperaturniveaus des annähernd adiabatisch komprimierten Arbeitsfluides genutzt. Dieser Nachteil wird aber durch die weiteren Verwertungsmöglichkeiten ausgeglichen. Die Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, die aufgrund der Temperierung des adiabatisch komprimierten Fluides mit einem höheren Temperaturniveau wieder aus einer Vorrichtung abgeleitet werden, können aufgrund der effektiven Wärmeübertragung, die auch im Folgenden dargestellt wird, in eine weitere Vorrichtung zur Nutzung des Temperaturniveaus geleitet werden, falls dies erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil liegt in der praktischen Umsetzung. Die Verfahren, die bis heute überwiegend angewendet werden, sehen eine Kühlung bei einer Kompression vor. Diese ist mit einem Aufwand verbunden, der sich in der Praxis häufig nicht umsetzen lässt. Außerdem wird bis heute die Wärme, die bei der Kompression anfällt, überwiegend abgeführt, ohne dass eine weitere Nutzung dieser Wärme erfolgt.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht zudem den Einsatz einer Vorrichtung zur Nutzung von thermischer Energie aufgrund einer Verwertung einer Temperaturniveaudifferenz durch Zustandsänderungen eines Arbeitsfluides innerhalb von Kreislaufprozessen, die unter anderem aus einer Erhöhung des Temperaturniveaus, aus einer Expansion, aus einer Verringerung des Temperaturniveaus und aus einer Kompression des Arbeitsfluides bestehen, wobei die zur Verfügung stehende Temperaturniveaudifferenz in mehrere Temperaturniveaudifferenzen aufgeteilt wird, die von mehreren Kreisläufen genutzt werden, und wobei in einer Vorrichtung eine direkte vertikale und/oder horizontale Anordnung von mehreren Vorrichtungen erfolgt, die das vorstehende Verfahren nutzen, vor.
Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Nutzung von thermischer Energie aufgrund einer Verwertung einer Temperaturniveaudifferenz durch Zustandsänderungen eines Arbeitsfluides innerhalb von Kreislaufprozessen, die unter anderem aus einer Erhöhung des Temperaturniveaus, aus einer Expansion, aus einer Verringerung des Temperaturniveaus und aus einer Kompression des Arbeitsfluides bestehen, wobei eine größere Temperaturniveaudifferenz durch die Nutzung mehrerer kleinerer Temperaturniveaudifferenzen abgebaut wird, und wobei die Nutzung der kleineren Temperaturniveaudifferenzen zeitgleich erfolgt, und wobei diese Kreisläufe mit einem Arbeitsfluid innerhalb einer Vorrichtung zur Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz weniger als ein Viertel der zur Verfügung stehenden größeren Temperaturniveaudifferenz nutzen, und wobei das Arbeitsfluid während des Zeitraumes der jeweiligen Zustandsänderungen durch eine Verschiebung von Kolben an die passenden Temperaturniveaubereiche der Wärmetauscher geführt wird, die zu den jeweiligen Zustandsänderungen des Arbeitsfluides ein annähernd geeignetes Temperaturniveau aufweisen, und wobei die Verschiebung des gesamten Volumens des Arbeitsfluides für die Temperierung des Arbeitsfluides innerhalb von Kreisläufen weniger als ein Viertel der Verschiebung ausmacht, für die das Arbeitsfluid bei einer vollständigen Verschiebung für die Erfassung der gesamten zur Verfügung stehenden größeren Temperaturniveaudifferenz verschoben werden müsste, gelöst. In einem Fluidraum steigt das durchschnittliche Temperaturniveau der Wärmetauscherflächen beispielweise nach oben hin an. Das Arbeitsfluid ist in diesem Fluidraum eingeschlossen. Das Arbeitsfluid wird nicht in einen anderen Fluid- oder Kolbenraum verschoben. Durch eine Bewegung der Kolben wird das Arbeitsfluid an den Wärmetauscherflächen vorbeibewegt. Das Arbeitsfluid wird von oben nach unten verschoben und umgekehrt. Dabei wird das durchschnittliche Temperaturniveau des Arbeitsfluides abwechselt erhöht und verringert. Die Bewegungsausführung der Kolben ist so eingestellt, dass die Zustandsänderungen des Arbeitsfluides durchlaufen werden, die unter anderem mit den vorstehenden und/oder folgenden Verfahren und/oder Vorrichtungen beschrieben werden. Das Arbeitsfluid wird bei der jeweiligen Zustandsänderung an dem passenden Abschnitt der Wärmetauscher vorbeigeführt. Außerdem ist die Geschwindigkeit der Bewegungsausführung an den jeweiligen Zustandsänderungen des Arbeitsfluides angepasst. Je länger die Strecke ist, mit der das Arbeitsfluid innerhalb des Fluidraums verschoben wird, desto größer ist die Temperaturniveaudifferenz, die genutzt wird, wobei eine annähernd gleichbleibende und gleichmäßig ansteigende Temperaturniveaudifferenz der Wärmetauscherflächen vorausgesetzt wird. Aufgrund der Effektivität der Wärmeübertragung und der Prozessschritte, die die jeweilige Vorrichtung aufweist, wird ermittelt, wie groß die Temperaturniveaudifferenz ist, die innerhalb des Fluidraums genutzt wird, indem die gesamte zur Verfügung stehende Temperaturniveaudifferenz in kleinere Temperaturniveaudifferenzen aufgeteilt wird. Ein Vorteil liegt darin, dass das Arbeitsfluid im Fluidraum eingeschlossen ist. Es entstehen keine Verluste durch Verschiebungen. Außerdem ist es vorteilhaft, dass die Wärmetauscher zum Teil auch als Wärmespeicher genutzt werden, die die Wärme, die bei einem Kreislauf des Arbeitsfluides abgegeben wird, aufnehmen, und für einen folgenden Kreislauf des Arbeitsfluides wieder abgeben. Je größer die Wärmemenge ist, die innerhalb des Fluidraums für die Temperierung des Arbeitsfluides übertragen wird, wobei die Zwischenspeicherung der Wärme in den Wärmetauschern berücksichtigt wird, und/oder je größer der Wirkungsgrad ist, mit der die einzelnen Temperaturniveaudifferenzen genutzt werden, desto geringer ist die Wärmemenge, die aus der Vorrichtung wieder abgeleitet wird, und umgekehrt.
Außerdem wird für die Lösung der Aufgabe ein Verfahren zur Nutzung von thermischer Energie und/oder zur Erzeugung und/oder Verwertung einer Temperaturniveaudifferenz, durch Zustandsänderungen eines Arbeitsfluides und eines Fluides für den Phasenwechsel wobei in einer Vorrichtung während der Zustandsänderungen des Arbeitsfluides und des Fluides für den Phasenwechsel eine direkte Wärmeübertragung zwischen dem Arbeitsfluid und dem Fluid für den Phasenwechsel erfolgt, sofern keine annähernd adiabatische Kompression und/oder keine annähernd adiabatische Expansion durchgeführt wird, und wobei dieser Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsfluid und dem Fluid für den Phasenwechsel sowie ein weiterer Wärmeaustausch mit einem Fluid zur Wärmeübertragung, der zeitweise erfolgt, durch den Einsatz zweckentsprechender Bestandteile in geeigneter Weise beeinflusst wird, verwendet. Dafür wird eine Vorrichtung genutzt, bei der die Fluidräume direkt ineinander und/oder aneinander angeordnet sind. Ferner weisen die Wärmetauscherflächen zwischen den Fluidräumen eine geringe Wärmespeicherfähigkeit und eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Außerdem erfolgt der Einsatz von mindestens einer Strömungshilfe und/oder mindestens eines zweckentsprechenden Bestandteiles. Aus diesen Gründen ist eine direkte Wärmeübertragung über die Wärmetauscherflächen zwischen dem Fluid für den Phasenwechsel und dem Arbeitsfluid möglich. Der Vorteile sind die kompakte Bauweise, die mit dieser Anordnung umgesetzt wird, sowie der Umstand, dass die Fluide im Kolbenraum nicht in andere Kolbenräume verschoben werden und deshalb keine Verluste aufgrund dieser Verschiebungen auftreten. Eine Voraussetzung ist eine möglichst geringe Wärmespeicherfähigkeit der Bestandteile der Fluidräume, die für einen Wärmeaustausch eingesetzt werden, und eine ausreichend effektive Regulierung des Wärmeaustausches, der unter anderem aufgrund einer Zuführung und Ableitung eines Fluides zur Wärmeübertragung und/oder eines effektiven Einsatzes der Verdränger und/oder der Isolatoren und/oder der Strömungshilfen und/oder der Kolben und/oder zweckentsprechender Bestandteile beeinflusst wird. Die Materialien, die nicht für den Wärmeaustausch vorgesehen sind, weisen eine geringe Wärmespeicherfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit auf.
Des Weiteren wird für die Lösung der Aufgabe ein Verfahren zur Nutzung von thermischer Energie aufgrund einer Verwertung einer Temperaturniveaudifferenz durch Zustandsänderungen eines Arbeitsfluides innerhalb von Kreislaufprozessen, die unter anderem aus einer Erhöhung des Temperaturniveaus, aus einer Expansion, aus einer Verringerung des Temperaturniveaus und aus einer Kompression des Arbeitsfluides bestehen, wobei in mindestens einem Fluidraum eine annähernd isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides vor der Kompression erfolgt, und wobei diese annähernd isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides mit einem Fluid zur Wärmeübertragung annähernd im Gegenstromverfahren erfolgt, und wobei eine annähernd isochore Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides in mindestens einem Kolbenraum vor der Expansion durchgeführt wird, und wobei das Arbeitsfluid zur isochoren Erhöhung des Temperaturniveaus zwischen mindestens zwei Kolben eines Kolbenraums an Wärmetauschern vorbeigeführt wird, und wobei der Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsfluid und dem Fluid zur Wärmeübertragung durch mindestens eine Strömungshilfe und/oder mindestens einer zweckentsprechenden Vorrichtung, die zwischen mindestens zwei Kolben angeordnet ist, beeinflusst wird, und wobei das Arbeitsfluid zwischen den Kolben vor der annähernd isochoren Temperierung des Arbeitsfluides komprimiert wird, und wobei das Arbeitsfluid zwischen den Kolben nach der annähernd isochoren Temperierung des Arbeitsfluides expandiert wird, und wobei die abgeleiteten Ströme eines Fluides zur Wärmeübertragung zur weiteren Nutzung weitergeleitet werden, genutzt. Bei der isochoren Erhöhung des Temperaturniveaus ist dabei vorgesehen, dass das Arbeitsfluid durch die Verdrängungen mit Hilfe von mindestens einer Strömungshilfe oder durch eine zweckentsprechende Vorrichtung und durch den Einsatz von Strömen des Fluides zur Wärmeübertragung, die in Bezug auf das Temperaturniveau und ggf. des Druckniveaus möglichst weitgehend an den jeweiligen Prozessschritt des Arbeitsfluides angepasst sind, so temperiert wird, dass sich diese Temperierung im Kolbenraum möglichst weitgehend an eine Temperierung des Arbeitsfluides im Gegenstromverfahren annähert, abgesehen von der beabsichtigten Änderung des Druckniveaus des Arbeitsfluides. Die isochore Erhöhung des Temperaturniveaus ermöglicht hohe Wirkungsgrade in Abhängigkeit unter anderem von der Effektivität der Wärmeübertragung, die bei der isochoren Erhöhung des Temperaturniveaus umgesetzt werden kann.
Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen, aufgrund von Zustandsänderungen eines Fluides für den Phasenwechsel, wobei in mindestens einem Fluidraum eine annähernd isobare oder eine annähernd isochore Erhöhung des Temperaturniveaus des Fluides für den Phasenwechsel mit einem Fluid zur Wärmeübertragung annähernd im Gegenstromverfahren erfolgt, die vor einer Kompression des Fluides für den Phasenwechsel durchgeführt wird, und wobei diese annähernd isobare oder annähernd isochore Erhöhung des Temperaturniveaus des Fluides für den Phasenwechsel vor einer Kompression, durch den Einsatz mindestens eines Kolbens für den Druckausgleich oder durch den Einsatz mindestens eines Kolbens für den Ausgleich der Volumenveränderung beeinflusst wird, und wobei in mindestens einem weiteren Fluidraum eine annähernd isobare oder eine annähernd isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Fluides für den Phasenwechsel mit einem Fluid zur Wärmeübertragung annähernd im Gegenstromverfahren erfolgt, die vor einer Expansion des Fluides für den Phasenwechsel durchgeführt wird, und wobei diese annähernd isobare oder annähernd isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Fluides für den Phasenwechsel vor einer Expansion, durch den Einsatz mindestens eines Kolbens für den Druckausgleich oder durch den Einsatz mindestens eines Kolbens für den Ausgleich der Volumenveränderung beeinflusst wird, und wobei die abgeleiteten Ströme eines Fluides zur Wärmeübertragung zur weiteren Nutzung weitergeleitet werden., gelöst. An der Stelle eines Fluides für den Phasenwechsel kann auch ein Arbeitsfluid eingesetzt werden, wenn eine Temperaturniveaudifferenz genutzt wird. Mehrere Vorrichtungen können miteinander verbunden werden.
In Bezug auf die vorstehenden Erläuterungen besteht die Lösung der Aufgabe auch mit einem Verfahren zur Erzeugung und/oder Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen durch Zustandsänderungen eines Arbeitsfluides und/oder eines Fluides für den Phasenwechsel wobei der Wärmeaustausch zwischen einem Arbeitsfluid und/oder einem Fluid für den Phasenwechsel und/oder einem Fluid zur Wärmeübertragung aufgrund der Berücksichtigung aller wesentlichen Bedingungen soweit optimiert wurde, dass eine weitere wesentliche praktisch umsetzbare Optimierung des Wärmeaustausches nicht mehr möglich ist. Denn eine möglichst effektive Übertragung der Wärmemengen ist eine der Voraussetzungen für einen hohen Wirkungsgrad einer Anlage. Die Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung können für eine möglichst weitgehende Nutzung des Temperaturniveaus durch mehrere Vorrichtungen und/oder Zwischenspeicher geleitet werden, insbesondere, wenn eine Temperierung des Arbeitsfluides durch das Fluid zur Wärmeübertragung im Gegenstromverfahren erfolgt. Um die größtmögliche Effektivität bei der Wärmeübertragung sicherzustellen, die planbar ist, werden Verfahren und/oder Vorrichtungen angegeben, bei denen die vollständige Temperierung des Arbeitsfluides mit dem Einsatz von zwei getrennten Gegenstromverfahren erfolgt, wobei die Änderungen des Druckniveaus des Arbeitsfluides innerhalb der getrennt geführten Gegenstromverfahren auf die weitgehendste Weise reduziert werden. Das Fluid zur Wärmeübertragung kann an das jeweilige Druckniveau in den zwei getrennt geführten Gegenstromverfahren angepasst werden. Außerdem können das Arbeitsfluid und/oder das Fluid zur Wärmeübertragung innerhalb der Wärmetauscher in beide Richtungen verschoben werden, falls dies erforderlich ist. Ferner besteht die Möglichkeit, dass das Arbeitsfluid und/oder das Fluid zur Wärmeübertragung mit einem minimalen Aufwand in den Wärmetauschern nach oben steigen oder nach unten absinken kann, weil das Temperaturniveau der Wärmetauscher nach oben hin ansteigt, die Fluide können aufsteigen oder absinken. Zudem können unter anderem die Geschwindigkeit, die für die Durchleitung des Arbeitsfluides notwendig ist und/oder die Wärmetauscherflächen angepasst werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass das Arbeitsfluid adiabatisch komprimiert wird. Das Temperaturniveau des adiabatisch komprimierten Arbeitsfluides wird durch die Kompression erhöht, ohne dass die Kompressionswärme abgeführt wird. Die Abführung der Kompressionswärme ist häufig bei dem praktischen Betrieb von Vorrichtungen zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen problematisch. Außerdem bedeutet die abgeführte Kompressionswärme einen Verlust, wenn diese Wärme nicht mehr genutzt wird. Eine größere Effektivität bei der Vermeidung von Verlusten aufgrund einer Wärmeübertragung ist für eine Maschine, die für den praktischen Einsatz geplant ist, nicht möglich.
Aufgrund der dargestellten Verfahren und/oder Vorrichtungen sieht die Erfindung die Verwendung des Temperaturniveaus einer Raumtemperatur um mit einem oder mehreren Verfahren und/oder um mit einer oder mehreren Vorrichtungen nach den vorherigen Ansprüchen Arbeit zu erzeugen, vor. Die oben angeführten Verfahren und/oder Vorrichtungen sowie deren Varianten können miteinander kombiniert oder gekoppelt werden, um optimale Wirkungsgrade zu erzielen und/oder um den Aufbau der jeweiligen Vorrichtung und/oder um den Ablauf des jeweiligen Verfahrens für das jeweilige Prozessziel zu optimieren. Aufgrund der Verfahren und/oder Vorrichtungen ist die effektive Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen möglich. Ferner kann ein verhältnismäßig großer Anteil der Wärmemengen bei bestehenden oder erzeugten Temperaturniveaudifferenzen abgebaut werden.
Daher wird die Aufgabe durch die Verwendung von einem oder mehreren Verfahren und/oder von einer oder mehreren Vorrichtungen nach den vorhergehenden Ansprüchen in einer Anlage zur Erzeugung einer höherwertigen Energie aufgrund der Nutzung der Umgebungstemperatur, gelöst. Die Umgebungstemperatur ist das Temperaturniveau in der Umgebung der Anlage, zum Beispiel die Raumtemperatur, die der Raum aufweist, in der die Anlage betrieben wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der jeweiligen erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen, unabhängig von der Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Die vorgenannten sowie beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Form, Gestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeptionen keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können. Die folgenden näheren Erläuterungen und vierzehn Zeichnungen beschreiben die Erfindung beispielhaft.
Es zeigen schematisch:
1 zwei Diagramme eine Aufteilung einer Temperaturniveaudifferenz in mehrere Temperaturniveaudifferenzen, die von Kreisläufen mit einem Arbeitsfluid genutzt werden, wobei die Zustandsänderungen des Arbeitsfluides in einem Kreislauf unter anderem aus einer annähernd isochoren Verringerung des Temperaturniveaus und aus einer überwiegend isobaren oder überwiegend isochoren Erhöhung des Temperaturniveaus bestehen, und
2 einen Längsschnitt einer Kolbenmaschine mit einem inneren Zylinder, in dem mindestens ein Kolben, der an den Seitenwänden des Zylinders anliegt oder mindestens eine gekopplte Kolbenhäfte oder mindestens ein Plungerkolben eingesetzt wird, der einen Isolationskörper aufweist, und in dem der Einsatz mindestens einer Strömungshilfe möglich ist, mit einem zweiten äußeren Zylinder, wobei im Zylinderraum zwischen dem inneren und dem zweiten äußeren Zylinder mindestens ein Plungerkolben eingesetzt wird, und der Einsatz mindestens einer Strömungshilfe möglich ist, und einem dritten äußeren Zylindern, wobei zwischen dem zweiten Zylinder und dem dritten äußeren Zylinder die Anordnung von Fluidräumen für ein Fluid zur Wärmeübertragung, welches mit einem angepassten Temperaturniveau und Druckniveau an Wärmetauscherflächen geführt wird, sowie von Verdrängern möglich ist, und
3 einen Querschnitt dieser Kolbenmaschine aus dem oberen Bereich und einen Querschnitt aus dem Bereich, um dem der dritte äußere Zylinder angeordnet ist, und
4 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung, die in zwei wärmeisolierte Fluidräume unterteilt ist, die Wärmetauscher enthalten und an deren Begrenzungen separate Kolbenräume angeordnet sind, wobei das Volumen und damit die Form eines Fluidraums an die Volumenänderungen des Arbeitsfluides innerhalb des Fluidraums angepasst ist, und wobei die Größe der Volumen der Fluidräume und damit das Ausmaß der Begrenzungen der Fluidräume an die Volumen des Arbeitsfluides angepasst sind, die zugeleitet und abgeführt werden, und wobei die Möglichkeit besteht, dass weitere wärmeisolierte Kolbenflächen Begrenzungen der Fluidräume darstellen, und
5 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung, die in einen Zylinderraum mit zwei Kolben und einen wärmeisolierten Fluidraum unterteilt ist, der Wärmetauscher enthält, wobei die Größe des Volumens des Fluidraums an die Volumen des Arbeitsfluides angepasst ist, die zugeleitet und abgeführt werden, und wobei die Möglichkeit besteht, dass weitere wärmeisolierte Kolbenflächen Begrenzungen des wärmeisolierten Fluidräums darstellen, und
6 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen, die einen wärmeisolierten Fluidraum mit dem Arbeitsfluid aufweist, welches im Kolbenraum eingeschlossen ist, wobei der Fluidraum an den Seiten teilweise durch wärmeisolierte Kolbenflächen begrenzt wird, und im Fluidraum Wärmetauscher angeordnet sind, und
7 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen, die einen wärmeisolierten Fluidraum mit dem Arbeitsfluid aufweist, welches im Kolbenraum eingeschlossen ist, wobei der Fluidraum an den Seiten teilweise durch wärmeisolierte Kolbenflächen begrenzt wird, und im Fluidraum Wärmetauscher und Isolatoren bzw. Verdränger angeordnet sind, und
8 ein Diagramm die Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz durch die Erzeugung von mehreren aufeinanderfolgende Temperaturniveaudifferenzen aufgrund des Einsatzes von Vorrichtungen, die Kreisläufe mit einem Arbeitsfluid aufweisen, wobei die Zustandsänderungen des Arbeitsfluides in einem Kreislauf unter anderem aus einer annähernd isochoren Verringerung des Temperaturniveaus und aus einer überwiegend isobaren Erhöhung des Temperaturniveaus bestehen, und
9 ein Diagramm die Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz durch die Erzeugung von mehreren Temperaturniveaudifferenzen aufgrund des Einsatzes von Vorrichtungen, die Kreisläufe mit einem Arbeitsfluid aufweisen, wobei die Zustandsänderungen des Arbeitsfluides in einem Kreislauf unter anderem aus einer annähernd isochoren Verringerung des Temperaturniveaus und aus einer überwiegend isobaren Erhöhung des Temperaturniveaus bestehen, und
10 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz, die in zwei Fluidräume unterteilt ist, die Wärmetauscher enthalten und/oder an deren Begrenzungen Wärmetauscher angeordnet sind, und an deren Begrenzungen zudem separate Kolbenräume angeordnet sind, wobei die Möglichkeit besteht, dass weitere wärmeisolierte Kolbenflächen Begrenzungen der Fluidräume darstellen, und wobei der Volumenumfang vor und an den Wärmetauscherflächen nur ein Bruchteil des Gesamtvolumen darstellt, und
11 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Temperaturniveaudifferenz, die in zwei Fluidräume unterteilt ist, die Wärmetauscher enthalten und/oder an deren Begrenzungen Wärmetauscher angeordnet sind, und an deren Begrenzungen zudem separate Kolbenräume angeordnet sind, wobei die Möglichkeit besteht, dass weitere wärmeisolierte Kolbenflächen Begrenzungen der Fluidräume darstellen, und wobei der Volumenumfang vor und an den Wärmetauscherflächen nur ein Bruchteil des Gesamtvolumen darstellt, und
12 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz, die eine reduziertere und kompaktere Bauweise sowie eine Weiterleitung für ein Fluid zur Wärmeübertragung aufweist, und
13 einen Längsschnitt durch zwei vorstehende Vorrichtungen zur Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz, die für eine direkte Wärmeübertragung aneinander angeordnet sind, und
14 einen Längsschnitt durch eine Anordnung von mehreren der vorstehenden Vorrichtungen.
Ausführung der Erfindung
Die 1 zeigt zwei Diagramme, die eine Aufteilung einer Temperaturniveaudifferenz 56 in mehrere Temperaturniveaudifferenzen 57 darstellt. Das erste Diagramm verdeutlicht mehrere Kreisläufe 5, die zum Beispiel auf der Zeitachse aufeinanderfolgend oder parallel angeordnet werden können. Die Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz 56, 57 erfolgt durch Zustandsänderungen eines Arbeitsfluides innerhalb von Kreislaufprozessen 5, die unter anderem nach einer annähernd adiabatischen Kompression aus einer weitgehend isobaren Erhöhung 3 des Temperaturniveaus sowie nach einer annähernd adiabatischen Expansion aus einer annähernd isochoren Verringerung 4 des Temperaturniveaus bestehen. Als Arbeitsfluid wird zum Beispiel Helium verwendet. Es handelt sich um eine schematische Darstellung, die insgesamt mit 1 bezeichnet wird. Das zweite Diagramm stellt eine mögliche Variante des ersten Diagramms dar. Die Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz 56, 57 erfolgt durch Zustandsänderungen eines Arbeitsfluides innerhalb von Kreislaufprozessen 5, die unter anderem aus einer weitgehend isochoren Erhöhung 6 sowie aus einer annähernd isochoren Verringerung 7 des Temperaturniveaus bestehen. Diese schematische Darstellung ist insgesamt mit 2 gekennzeichnet. Das Temperaturniveau des Arbeitsfluides eines Kreislaufes 5 unterscheidet sich im Durchschnitt von dem Temperaturniveau eines vor- oder nachstehenden Kreislaufes 5. Die Höhe des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides wird durch die Höhe der jeweiligen Balken verdeutlicht. Ein Kreislauf 5 wird im Diagramm 1 mit einem Balken 3 für die annähernd isobare Temperaturniveauerhöhung und mit einem Balken 4 für die nachfolgende annähernd isochore Verringerung des Temperaturniveaus dargestellt. Ein Balken 3 weist eine größere Breite auf als der zugehörige nachfolgende Balken 4 des selben Kreislaufes. Damit wird die größere isobare Wärmeaufnahme von Helium im Vergleich zu der geringeren isochoren Wärmeabgabe gekennzeichnet. Ein Kreislauf 5 des Diagramms 2 ist mit einem Balken 6 für die annähernd isochore Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides und mit einem Balken 7 für die anschließende isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides eingezeichnet. Zur weiteren Erläuterung ist ein vollständiger Kreislauf 5 des Diagramms 1 ist in der Tabelle 1 bis 4 mit der Zuordnungsnummer I A-c eingetragen. Das Diagramm 2 enthält Kreisläufe 5, die in der Tabelle 1 bis 4 mit der Zuordnungsnummer I B-c vermerkt sind. Für die Kreisläufe 5 des Diagramms 1 können Verfahren zur Wärmeübertragung eingesetzt werden, die eine größtmögliche Optimierung der Übertragung zur Temperierung des Arbeitsfluides umfassen. Es werden Wärmetauscher eingesetzt, die das Arbeitsfluid im Gegenstromverfahren temperieren, wobei die Geschwindigkeit und die Bewegungsrichtungen, mit denen das Arbeitsfluid und / oder das Fluid für die Wärmeübertragung an den Wärmetauschern vorbeigeführt werden, gesteuert werden können. Der Wärmeaustausch für einen Kreislauf 5 des Diagramms 1 kann außerdem mit einem annähernd konstanten Druckniveau erfolgen. Es besteht die Möglichkeit, das Druckniveau des Fluides für die Wärmeübertragung an das Druckniveau des Arbeitsfluides anzupassen. Ferner besteht die Möglichkeit, das Arbeitsfluid und / oder das Fluid für den Wärmeaustausch mit einem minimalen Energieaufwand an den Wärmetauschern vorbeizuführen, weil das Temperaturniveau der Wärmetauscher nach oben hin ansteigt. Daher, in den unteren Bereichen befinden sich die Zonen für die Volumen des Arbeitsfluides, welche ein geringeres Temperaturniveau aufweisen als die Volumen in den oberen Bereichen, bei denen ein höheres Temperaturniveau zu verzeichnen ist. Das durchschnittliche Temperaturniveau der verschiedenen Schichten der Wärmetauscher nimmt nach oben hin zu. Die Geschwindigkeit, mit denen die Fluide an den Wärmetauscher vorbeigeführt werden, kann festgelegt werden. Sie ist zum Beispiel von den folgenden Größen abhängig, die sich gegenseitig beeinflussen können: Größe des Fluidraums mit den Wärmetauschern, Größe des durchgeleiteten Volumens des Arbeitsfluides, Höhe der Temperaturniveaudifferenz und Fläche und Aufbau der Wärmetauscher etc. Ein Kreislauf 5 des Diagramms 1 besteht aus einem Balken 3 und den dazugehörigen Balken 4. In dem Diagramm 2 ist die reduzierte Darstellung eines Kreislaufes des Arbeitsfluides mit einem Balken 6 und den dazugehörigen Balken 7 eingezeichnet. Die Anordnung der Kreisläufe 5 und die Größe der genutzten Temperaturniveaudifferenzen 57 sowie die Anzahl der eingesetzten Kreisläufe 5 in den Diagrammen 1 und 2 sind beispielhaft und sind in diesen Diagrammen 1, 2 aufgrund der besseren Übersichtlichkeit wie eingezeichnet dargestellt. Die Anordnung und die Anzahl der Kreisläufe 5, hängen unter anderem von den Möglichkeiten ab, die der jeweiligen Anlage zur Nutzung der Temperaturniveaudifferenzen 56, 57 bezüglich der Wärmeübertragung und Weiterleitung und/oder Speicherung der Wärme und/oder der Fluide zur Wärmeübertragung zur Verfügung stehen. Einzelne Kreisläufe 5 können in den Diagrammen 1 und 2 höher oder niedriger angeordnet werden. Die genutzten Temperaturniveaudifferenzen 57 können größer oder kleiner sein und an den Wirkungsgrad der jeweiligen Anlage sowie des jeweiligen Prozessablaufes und der festgelegten Temperaturniveaudifferenz 57 angepasst werden. Die Anzahl der 29 Kreisläufe des Diagramms 1 kann niedriger oder höher sein. So besteht zum Beispiel die Möglichkeit, dass nur 3 Kreisläufe 5 eingesetzt werden, die unterschiedliche Temperaturniveaudifferenzen 57 nutzen. Ebenfalls kann die Anzahl der 23 Kreisläufe 5 des Diagramms 2 niedriger oder höher sein. Auch für dieses Diagramm besteht zum Beispiel die Möglichkeit, dass nur 3 Kreisläufe 5 genutzt werden, die unterschiedliche Temperaturniveaudifferenzen 57 nutzen. Die einzelnen Kreisläufe 5 können zum Beispiel eine Temperaturniveaudifferenz 57 von 10 °C (10 K) nutzen. Die gesamte Temperaturniveaudifferenz 56, die durch den Einsatz aller Kreisläufe 5 genutzt wird, beträgt beispielsweise 100 °C (100 K). Zur Veranschaulichung werden die Kreisläufe 5 und Temperaturniveaudifferenzen 57 mit den Tabellen 1 bis 4 dargestellt. Die Diagramme 1 und 2 zeigen, dass mehr als die Hälfte der zugeführten Wärme abgebaut werden kann. Der Anteil der Wärme, der abgebaut wird, kann größer als 50 % sein, wenn die Wärmeübertragung und/oder die Prozessschritte der Kreisläufe 5 sehr effektiv sind, und der Anteil der Wärme, der abgebaut wird, kann kleiner als 50 % sein, wenn die Wärmeübertragungen und/oder die Prozesse der Kreisläufe 5 weniger effektiv verlaufen. Die Effektivität einer Nutzung hängt auch von der Größe einer genutzten Temperaturniveaudifferenz 56, 57 ab. Daher größere Temperaturniveaudifferenzen 56, 57 können gegebenenfalls effektiver genutzt werden. Dies wird bei der Ermittlung der jeweils erforderlichen Größe einer Temperaturniveaudifferenz 57 sowie der Festlegung der Anzahl der genutzten Temperaturniveaudifferenzen 57 berücksichtigt. In welchem Umfang die abgebaute Wärme in Arbeit umgesetzt wird, die in Form einer höherwertigen Energie aus der Vorrichtung abgeleitet wird, wird für die 1 nicht dargestellt. Die Umwandlung in eine höherwertige Energie ist unter anderem von den Anwendungen abhängig, die mit den Kraftweiterleitungen der Kolben verbunden sind. Die Anwendungsmöglichkeiten werden an dieser Stelle nicht wiederholt. Außerdem ist der Abbau von Wärme ausreichend, damit zum Beispiel innerhalb eines Raums, in dem eine Temperaturniveaudifferenz erzeugt wird, die Wärme nachgeführt werden muss, die durch die Nutzung der Temperaturniveaudifferenzen 57 abgebaut wurde. Wenn in einem abgegrenzten Raum die Wärme abgebaut wird, kann Wärme in diesen teilweise wärmeisolierten Raum nachgeführt werden. Diese Nachführung von Wärmemengen wird ebenfalls zur Energiegewinnung genutzt. Die Erzeugung einer weiteren Temperaturniveaudifferenz sowie zusätzliche Optimierungsmöglichkeiten werden mit der DE 10 2013 114 159 A1 dargestellt.
Der Entwickler der DE 10 2013 114 159 A1 ist mit dem Entwickler dieser Veröffentlichung identisch. Aus diesem Grund baut diese Veröffentlichung teilweise auf den Entwicklungen der DE 10 2013 114 159 A1 auf. Im Zusammenhang mit der Beschreibung der 1 bis 14 sind ergänzende Erläuterungen der DE 10 2013 114 159 A1 zu entnehmen. Die Gestaltung der Kreisläufe 5 kann an die jeweilige Vorrichtung und/oder an die vorliegenden Temperaturniveaudifferenzen 56, 57 angepasst werden. An der Stelle von einem Kreislauf 5 mit einer isobaren 3 oder isochoren Erhöhung 6 des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides kann auch der Einsatz einer Variante gewählt werden, bei der zum Beispiel erst eine isochore und danach eine isobare Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides erfolgt. Bei der Darstellung der Kreisläufe 5 des Diagramms 1 und 2 wird eine Variante gezeigt, bei der die Abfuhr von Kompressionswärme vermieden wird. Zum Beispiel indem eine adiabatische Kompression und/oder eine isochore Temperaturniveauerhöhung umgesetzt wird. Die Vermeidung der Abfuhr von Kompressionswärme hat den Vorteil, dass die Abläufe und die Aufbauten der Vorrichtungen optimiert werden. Außerdem wird durch den Einsatz einer Temperierung im Gegenstromverfahren die Wärmeübertragung optimiert. Aus diesen Gründen weist der praktische Wirkungsgrad einen Abstand zum theoretischen Wirkungsgrad auf, der weitgehend minimiert ist. Dies gilt insbesondere für die 4, 10 und 14. Falls abweichende Abläufe vorgesehen sind, besteht für die Darstellung einer weiteren Variante der 1 zum Beispiel die Möglichkeit, dass Kreisläufe 5 dargestellt werden, in denen zusätzlich die Abfuhr von Kompressionswärme eingezeichnet ist, beispielsweise durch einen zusätzlichen Balken, der die Abfuhr der Kompressionswärmemenge verdeutlicht. Auch bei diesem Beispiel wird deutlich, dass die Aufteilung einer Temperaturniveaudifferenz 56 in mehrere Temperaturniveaudifferenzen 57 eine weitere Verwendung der abgeführten Wärme ermöglicht. Im Folgenden werden die Kreisläufe der unten angeführten Tabellen 1 bis 4 erläutert. Die Tabellen zeigen die unterschiedlichen Zustandsänderungen bzw. Arbeitsschritte, die das Arbeitsfluid durchläuft, sowie den Druck (p) und die Temperatur (t). Abgesehen von den dargestellten Abläufen können für die folgenden Vorrichtungen und/oder Verfahren weitere Varianten dieser Abläufe oder abweichende Abläufe und/oder Werte eingesetzt werden. Die Verfahren und Vorrichtungen werden mit den 1 bis 14 deutlich und sehr umfassend dargestellt. Berechnungen sind deshalb für das Verständnis von Fachleuten nicht erforderlich. Die einzelnen Werte können für die Verfahren und Vorrichtungen entsprechend angepasst werden. Vor der Erläuterung der Berechnungen für das Diagramm 1 werden nachstehend einige Berechnungen für abweichende Verfahren dargestellt, damit der Unterschied verdeutlicht wird. Die Darstellung der Berechnungen erfolgt erst nach den folgenden Beispielrechnungen. Bei dem Kreislauf mit der Zuordnungsnummer II A-b, der mit der 1 nicht dargestellt wird, handelt sich um die Veranschaulichung des Ablaufes mit einer annähernd isobaren Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides. Der Ablauf für diesen Kreislauf sieht vor, dass das Temperturniveau des Arbeitsfluides annähernd isobar erhöht wird. Anschließend erfolgt eine annähernd adiabatische Expansion des Arbeitsfluides. Das Temperaturniveau des expandierten Arbeitsfluides wird danach annähernd isochor verringert. Aufgrund der isochoren Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides wird das Druckniveau des expandierten Arbeitsfluides weiter abgesenkt. Nach der isochoren Verringerung des Temperaturniveaus erfolgt eine annähernd adiabatische Kompression des Arbeitsfluides. Aufgrund der Kompression erhöht sich das Temperaturniveau des Arbeitsfluides. Nach jedem Kompressionsschritt erfolgt eine annähernd isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides. Diese isochore Temperaturniveauverringerung des komprimierten Arbeitsfluides kann zum Beispiel innerhalb eines Kolbenraums umgesetzt werden, der eine Strömungshilfe aufweist und mit einem Kolbenraum der 2 vergleichbar ist. Eine weitere Möglichkeit für die isochore Temperaturniveauverringerung besteht zum Beispiel in dem Einsatz einer Variante der 4 oder der 10. An der unteren Begrenzung des Fluidraums für die Temperaturverringerung, zum Beispiel der rechte Fluidraum der 4 oder der 10 ist ein separater Kolbenraum für die Komprimierung angeordnet. Nach der Komprimierung in dem separaten unteren Kolbenraum wird das Fluid nicht in den linken Fluidraum geleitet, sondern in einen weiteren Fluidraum für die isochore Temperaturverringerung, der unterhalb des vorherigen Fluidraums angeordnet wird. Nachdem das Fluid diesen Raum passiert hat, weist es aufgrund der isochoren Temperaturverringerung ein niedriges Temperaturniveau und ein niedrigeres Druckniveau auf, wobei das Druckniveau höher ist als das Druckniveau in dem ersten Fluidraum für die isochore Temperaturverringerung, der in der 4 oder der 10 mit dem rechten Fluidraum eingezeichnet ist. Es können mehr zehn Fluidräume untereinander angeordnet werden, in denen eine isochore Temperaturverringerung erfolgt, wobei an jeder Begrenzung zwischen diesen Fluidraum ein separater Kolbenraum angeordnet ist, in dem Druckniveau des Fluides aufgrund einer adiabatischen Kompression erhöht wird. Erst nach der isochoren Temperaturverringerung in dem zehnten Fluidraum für die isochore Temperaturverringerung wird das Arbeitsfluid in den Raum für die isobare Temperaturerhöhung geleitet. Die gesamte Kompression des Arbeitsfluides ist in bis zu zehn verschiedenen Teilkompressionen unterteilt. Nach jeder Kompression erfolgt die isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides. Als Beispiel werden im Folgenden die Zustandsänderungen von Helium mit einem annähernd idealen Gasverhalten betrachtet. Die einzelnen Werte und Bedingungen der Darstellung können für das jeweilige Arbeitsfluid und / oder Druckniveau und / oder einen abweichenden Ablauf entsprechend geändert werden. Das Temperaturniveau von Helium wird bei 10 bar von 0 °C (273,15 K) isobar auf 100 °C (373,15 K) erhöht. Das Druckniveau von 10 bar und die Temperaturerhöhung auf 100 °C (373,15 K) wurde für eine vereinfachte Darstellung gewählt. Das Druckniveau und / oder das Temperaturniveau kann in der jeweiligen Vorrichtung höher oder niedriger sein. Nach der isobaren Temperaturerhöhung erfolgt die Expansion des Arbeitsfluides auf ein Druckniveau von 7,320 bar. Bei der annähernd adiabatischen Expansion verringert sich das Temperaturniveau auf ca. 56,473 °C / 329,623 K (Berechnung mit 373,15 × Potenz von (7,320/10) mit ((1,66 – 1)/1,66) – 273,15, wobei die Größen 373,15 K, 7,320 bar, 10 bar, κ: 1,66 und 273,15 K betragen). Das Druckniveau des expandierten Arbeitsfluides ergibt sich aus dem Druckniveau, welches im jeweiligen Raum für die Expansion des Kolbens, der von dem expandierenden Arbeitsfluid bewegt wird, vorliegt. Die Expansion des Arbeitsfluides kann in einem separaten Kolbenraum erfolgen. Der Kolben wird in den Raum gedrückt, in dem sich das expandierte Arbeitsfluid befindet. Im Raum mit dem expandierten Arbeitsfluid wird ein Druckniveau festgelegt, das sich aufgrund der isochoren Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides ergeben kann. Wenn das Temperaturniveau von Helium bei 10 bar (ohne vorherige Expansion) und 100 °C (373,15 K) annähernd isochor auf 0 °C (273,15 K) verringert wird, liegt ein Druckniveau von ca. 7,320 bar vor (Berechnung mit 10 × (273,15/373,15), wobei die Größen 10 bar, 273,15 K und 373,15 K betragen). Für den Ausgleich des Kolbens der aufgrund des expandierenden Fluides in den Fluidraum geschoben wird, wird ein weiterer Volumenausgleichskolben aus dem Raum gedrückt. Aus diesem Grund bleibt das Volumen des Fluidraums für die isochore Temperaturverringerung annähernd gleich. Das Druckniveau dieses Fluidraums ändert sich nur geringfügig, weil das Volumen des Fluidraums für das Fluid mit dem niedrigsten Temperaturniveau das größte Volumen darstellt und andere Volumen, zum Beispiel die Volumen in und/oder an den Wärmetauschern und die Volumen vor der Durchführung durch/an den Wärmetauchern nur einen Bruchteil des Gesamtvolumens des Fluidraums ausmachen. Der größte Anteil des Volumens des Arbeitsfluides, welches sich im Raum für das expandierte Arbeitsfluid befindet, weist ein möglichst niedriges Temperaturniveau und damit ein entsprechend niedriges Druckniveau auf. Das Volumen des Raumes für die isochore Temperaturverringerung weist ein ausreichend großes Volumen und ausreichend große Wärmetauscherflächen auf. Das Volumen des Arbeitsfluides, welches für eine Expansion pro jeweiliger Zeiteinheit vorgesehen ist, ist an das Volumen des Raums für die isochore Temperaturverringerung und an den möglichen Wärmeaustausch des Volumens, welches sich in diesem Raum befindet, angepasst. Es wird nur so viel Arbeitsfluid pro Zeiteinheit expandiert, dass das Arbeitsfluid im Raum für die isochore Temperaturverringerung mit einer angepassten Geschwindigkeit an die Wärmetauscher vorbeigeführt wird. Das Temperaturniveau des Arbeitsfluides wird auf 0 °C (273,15 K) verringert. Anschließend erfolgt eine Kompression dieses Volumens des Arbeitsfluides. Die Kompression kann zum Beispiel in einem separaten Kolbenraum erfolgen, der im oder am Raum für die Expansion angeordnet ist. Bei einer annähernd adiabatischen Kompression erfolgt eine Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides. Wenn das Druckniveau des Arbeitsfluides bei 7,320 bar und 0 °C (273,15 K) auf 10 bar erhöht wird, steigt das Temperaturniveau auf 36,070 °C / 309,22 K (Berechnung mit 273,15 × Potenz ((10/7,647); ((1,66 – 1)/1,66)) – 273,15, wobei die Größen 273,15 K, 10 bar, 7,647 bar, κ: 1,66 und 273,15 K betragen). Nach der Kompression wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides im Kolbenraum wieder isochor verringert. Die isochore Verringerung des Temperaturniveaus kann nach Abschluss der adiabatischen Kompression im Kolbenraum für die Kompression oder in einem weiteren Fluidraum erfolgen, in die das Fluid geleitet wird. Aufgrund der isochoren Temperaturverringerung sinkt das Druckniveau des Arbeitsfluides auf 8,83 bar (zur Berechnung können die oben angeführten Rechenwege genutzt werden). Nach der isochoren Temperaturverringerung erfolgt wieder eine annähernd adiabatische Kompression des Arbeitsfluides, die zu Erhöhung des Temperaturniveaus auf 13,81 °C (286,96 K) führt, wenn das Druckniveau auf 10 bar steigt. Anschließend wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides wieder annähernd isochor auf 0 °C (273,15 K) verringert. Das Druckniveau fällt dabei auf 9,52 bar. Bei der dritten Kompression steigt das Temperaturniveau auf 5,41 °C (278,56 K). Aufgrund der isochoren Temperaturverringerung sinkt das Druckniveau danach wieder auf 9,81 bar. Bei der vierten Kompression ergibt sich ein Temperaturniveau von 2,14 °C (275,29 K) und anschließend nach der isochoren Temperaturverringerung ein Druckniveau von 9,92 bar. Die fünfte Kompression erhöht die Temperatur auf 0,85 °C (274,00 K). Das Druckniveau nach der folgenden isochoren Temperaturverringerung beträgt 9,97 bar. Nach der sechsten Kompression liegt das Temperaturniveau bei 0,34 °C (273,49 K). Die folgenden Kompressionsschritte werden aufgrund der besseren Veranschaulichung dargestellt. Bei der anschließenden isochoren Verringerung des Temperaturniveaus sinkt das Druckniveu auf 9,99 bar. Mit der siebten Kompression steigt das Temperaturniveau auf 0,134 °C (273,284 K). Das Druckniveau nach der anschließenden isochoren Temperaturverringerung beträgt 9,995 bar. Nach der achten Kompression liegt das Temperaturniveau bei 0,053 °C (273,203 K) und das folgende Druckniveau bei 99,998 bar. Bei der neunten Kompression steigt das Temperaturniveau auf 0,021 °C (273,171 K). Das Druckniveau nach der anschließenden isochoren Temperaturverringerung beträgt 99,999 bar. Nach der zehnten und letzten Kompression beträgt das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 0,008 °C (273,158 K). Nach der anschließenden isochoren Temperaturverringerung beträgt das Druckniveau 10,000 bar. Nach den Kompressionen mit den anschließenden isochoren Temperaturverringerungen wird das betreffende Volumen des Arbeitsfluides mit 100 bar und annähernd 0 °C (273,16 K) wieder der isobaren Temperaturerhöhung zugeführt. Der Kreislauf beginnt von vorne. Für den Ablauf zur Kompression des Arbeitsfluides können Varianten des erläuterten Ablaufes und oder andere Möglichkeiten verwendet werden. Die Kompression kann insgesamt auf einem höheren Temperaturniveau erfolgen, wenn damit die Wärmeübertragung beschleunigt wird, oder die Anzahl der Kompressionen wird verringert oder erhöht. Außerdem kann das Arbeitsfluid am Ende isobar komprimiert werden oder ein höheres Temperaturniveau aufweisen, wobei entsprechend geänderte Werte berücksichtigt werden müssen. Nach den vorstehend dargestellten Kompressionen werden insgesamt ca. 58,825 K Wärme isochor abgeführt. Zur Darstellung der Wärmemenge werden die Temperaturniveaus der einzelnen Kompressionen addiert. Bei der isobaren Temperaturerhöhung von 0 °C (273,16 K) auf 100 °C (373,16 K) wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides um 100 K erhöht. Nach der adiabatischen Expansion des Arbeitsfluides wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides isochor von ca. 56,473 °C / 329,623 K auf 0 °C (273,15 K) verringert. Aus diesem Ablauf ergibt sich das Verhältnis der Wärmeaufnahme des Arbeitsfluides zur Wärmeabgabe. Helium hat eine isobare spezifische Wärmekapazität (cp) von 5,236 (kJ /kg K) und eine isochore spezifische Wärmekapazität (cv) von 3,16 (kJ /kg K). Nach der Wärmeaufnahme von 523,6 kJ (Berechnung 100 K × 5,236 cp) durch die annähernd isobare Temperaturerhöhung verfolgt die annähernd adiabatische Expansion des Arbeitsfluides. Bei der anschließenden isochoren Temperaturverringerung werden 178,455 kJ (Berechnung 56,473 K × 3,16 cv) abgegeben. Während der folgenden isochoren Temperaturverringerungen nach den einzelnen Kompressionsschritten werden insgesamt 185,887 kJ (Berechnung 58,825 K × 3,16 cv) Wärme abgeführt. Bei einer Wärmeaufnahme des Arbeitsfluides von insgesamt 523,6 kJ beträgt die Wärmeabgabe 364,342 kJ (178,455 kJ + 185,887 kJ). 159,258 kJ werden genutzt. Dies sind 30,416 % der aufgenommen Wärme. Bei einer Temperaturniveaudifferenz, die zwischen 0 °C (273,15 K) und 10 °C (283,15 K) liegt, erfolgt ein vergleichbarer Ablauf. Dieser ist in den Tabellen 1 bis 4 mit I A-b gekennzeichnet. Das Temperaturniveau des Arbeitsfluides wird annähernd isochor erhöht. Danach erfolgt eine annähernd adiabatische Expansion. Anschließend wird das Temperaturniveau des expandierten Arbeitsfluides von 5,981 °C (279,131 K) auf 0 °C (273,15 K) isochor verringert. Während der anschließenden isochoren Temperaturverringerungen des Arbeitsfluides nach den einzelnen Kompressionsschritten werden insgesamt 6,515 K abgegeben. Bei einer Wärmeaufnahme des Arbeitsfluides von insgesamt 52,36 kJ (10 K × 5,236 cp) beträgt die Wärmeabgabe 39,487 kJ (zur Berechnung siehe oben (5,981 K + 6,515 K)·3,16 cv). 12,873 kJ werden genutzt. Dies sind 24,586 % der aufgenommen Wärme. Dieser Ablauf mit den dargestellten Zustandsänderungen des Arbeitsfluides kann zum Beispiel in der folgenden 4 oder 10 eingesetzt werden, wenn eine Abfuhr der Wärmemengen umgesetzt wird, die in dem separaten Kolbenraum entstehen, der zur Kompression des Arbeitsfluides an einen Fluidraum angeordnet ist.
Mit der Zuordnungsnummer II B-b wird in den Tabellen 1 bis 4 ein Kreislauf mit einer annähernd isochoren Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides dargestellt, der in der 1 nicht eingezeichnet ist. Der Ablauf für diesen Kreislauf sieht vor, dass das Temperaturniveau des Arbeitsfluides annähernd isochor erhöht wird. Anschließend erfolgt eine annähernd adiabatische Expansion des Arbeitsfluides. Das Temperaturniveau des expandierten Arbeitsfluides wird danach annähernd isochor verringert. Aufgrund der isochoren Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides wird das Druckniveau des expandierten Arbeitsfluides weiter abgesenkt. Nach der isochoren Verringerung des Temperaturniveaus erfolgt eine annähernd adiabatische Kompression des Arbeitsfluides. Aufgrund der Kompression erhöht sich das Temperaturniveau des Arbeitsfluides. Nach jedem Kompressionsschritt erfolgt eine annähernd isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides. Die gesamte Kompression des Arbeitsfluides ist in bis zu zehn verschiedenen Teilkompressionen unterteilt. Nach jeder Kompression erfolgt die isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides. Eine isochore Temperaturniveauerhöhung kann zum Beispiel mit der 5 umgesetzt werden. Die Möglichkeiten für die isochore Temperaturniveauverringerung sind oben bereits dargestellt. Als Beispiel werden im Folgenden die Zustandsänderungen von Helium mit einem annähernd idealen Gasverhalten betrachtet. Die einzelnen Werte der Darstellung können für das jeweilige Arbeitsfluid und / oder Druckniveau und / oder einen abweichenden Ablauf entsprechend geändert werden. Das Temperaturniveau von Helium wird von 0 °C (273,15 K) und 10 bar isochor auf 100 °C (373,15 K) erhöht. Das Druckniveau von 10 bar und die Temperaturerhöhung auf 100 °C (373,15 K) wurde für eine vereinfachte Darstellung gewählt. Das Druckniveau und / oder das Temperaturniveau kann in der jeweiligen Vorrichtung höher oder niedriger sein. Durch die isochore Temperaturerhöhung steigt das Druckniveau auf 13,660 bar (Berechnung 10 × (1 + 366 × 100/100000), wobei die Größen 10 bar, γ: 366, 100 K und 100.000 Pa betragen, alternativ 10 × (373,15/273,15), wobei die Größen 10 bar, 373,15 K und 273,15 K betragen). Nach der isochoren Temperaturerhöhung, die mit einer Steigerung des Druckniveaus verbunden ist, erfolgt die Expansion des Arbeitsfluides auf ein Druckniveau von 8,287 bar. Bei der annähernd adiabatischen Expansion verringert sich das Temperaturniveau auf ca. 32,747°C / 305,897 K (Berechnung mit 373,15 × Potenz ((8,287/13,66); ((1,66 – 1)/1,66)) – 273,15, wobei die Größen 373,15 K, 8,287 bar, 13,66 bar, κ: 1,66 und 273,15 K betragen). Das Druckniveau des expandierten Arbeitsfluides ergibt sich aus dem Druckniveau, welches im jeweiligen Raum für das expandierte Arbeitsfluid vorliegt. Im Raum für das expandierte Arbeitsfluid wurde ein Druckniveau gewählt, das sich aufgrund der isochoren Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides ergeben kann. Wenn das Temperaturniveau des expandierten Heliums bei 10 bar und 56,482 °C (329,632 K) annähernd isochor auf 0 °C (273,15 K) verringert wird, liegt ein Druckniveau von ca. 8,287 bar vor (Berechnung mit 10·(273,15/329,632), wobei die Größen 10 bar, 273,15 K und 329,632 K betragen). Der Wert von 56,482 °C (329,632 K) und der damit Wert für die Druckniveauverringerung wurden für dieses Beispiel festgelegt, da sich beide Werte beeinflussen. Das Temperaturniveau des Arbeitsfluides wird auf 0 °C (273,15 K) verringert. Anschließend erfolgt eine Kompression dieses Volumens des Arbeitsfluides. Bei einer annähernd adiabatischen Kompression erfolgt eine Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides. Wenn das Druckniveau des Arbeitsfluides bei 8,287 bar und 0 °C (273,15 K) auf 10 bar erhöht wird, steigt das Temperaturniveau auf 21,194 °C/294,344 K (Berechnung mit 273,15 × Potenz ((10/8,287); ((1,66 – 1)/1,66)) – 273,15, wobei die Größen 273,15 K, 10 bar, 8,287 bar, κ: 1,66 und 273,15 K betragen). Nach der Kompression wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides im Kolbenraum wieder isochor verringert. Dadurch sinkt das Druckniveau des Arbeitsfluides auf 9,280 bar (zur Berechnung können die oben angeführten Rechenwege genutzt werden). Nach der isochoren Temperaturverringerung erfolgt wieder eine annähernd adiabatische Kompression des Arbeitsfluides, die zu Erhöhung des Temperaturniveaus auf 8,238 °C (281,388 K) führt, wenn das Druckniveau auf 10 bar steigt. Anschließend wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides wieder annähernd isochor auf 0 °C (273,15 K) verringert. Das Druckniveau fällt dabei auf 9,707 bar. Bei der dritten Kompression steigt das Temperaturniveau auf 3,246 °C (276,396 K). Aufgrund der isochoren Temperaturverringerung sinkt das Druckniveau danach wieder auf 9,883 bar. Bei der vierten Kompression ergibt sich ein Temperaturniveau von 1,286 °C (274,436 K) und anschließend nach der isochoren Temperaturverringerung ein Druckniveau von 9,953 bar. Die fünfte Kompression erhöht die Temperatur auf 0,511 °C (273,661 K). Das Druckniveau nach der folgenden isochoren Temperaturverringerung beträgt 9,981 bar. Die folgenden Kompressionsschritte werden zur besseren Veranschaulichung dargestellt. Nach der sechsten Kompression liegt das Temperaturniveau bei 0,203 °C (273,353 K). Das folgende Druckniveu sinkt auf 9,993 bar. Bei der siebten Kompression steigt das Temperaturniveau auf 0,081 °C (273,231 K). Das Druckniveau nach der anschließenden isochoren Temperaturverringerung beträgt 9,997 bar. Nach der achten Kompression liegt das Temperaturniveau bei 0,032 °C (273,182 K) und das folgende Druckniveau bei 9,999 bar. Bei der neunten Kompression steigt das Temperaturniveau auf 0,013 °C (273,163 K). Das Druckniveau nach der anschließenden isochoren Temperaturverringerung beträgt 10,000 bar. Eine weitere zehnte Kompression des Arbeitsfluides ist nicht erforderlich. Nach den Kompressionen mit den anschließenden isochoren Temperaturverringerungen wird das betreffende Volumen des Arbeitsfluides mit 100 bar und annähernd 0 °C (273,16 K) wieder der isochoren Temperaturerhöhung zugeführt. Der Kreislauf beginnt von vorne. Für die Kompression des Arbeitsfluides bestehen mehrere Möglichkeiten. Die Kompression kann zum Beispiel insgesamt auf einem höheren Temperaturniveau erfolgen, wenn damit die Wärmeübertragung beschleunigt wird, oder die Anzahl der Kompressionen wird verringert oder erhöht. Außerdem kann das Arbeitsfluid am Ende isobar komprimiert werden oder ein höheres Temperaturniveau aufweisen, wobei entsprechend geänderte Werte berücksichtigt werden müssen. Zur Darstellung der Wärmemenge werden die Temperaturniveaus der einzelnen Kompressionen addiert. Nach den vorstehend dargestellten Kompressionen werden insgesamt ca. 34,808 K Wärme isochor abgeführt. Bei der isochoren Temperaturerhöhung von 0 °C (273,16 K) auf 100 °C (373,16 K) wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides um 100 K erhöht. Nach der adiabatischen Expansion des Arbeitsfluides wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides isochor von ca. 32,747 °C / 305,897 K auf 0 °C (273,15 K) verringert. Aus diesem Ablauf ergibt sich das Verhältnis der Wärmeaufnahme des Arbeitsfluides zur Wärmeabgabe. Helium hat eine isobare spezifische Wärmekapazität (cp) von 5,236 (kJ /kg K) und eine isochore spezifische Wärmekapazität (cv) von 3,16 (kJ /kg K). Nach der Wärmeaufnahme von 316 kJ (Berechnung 100 K × 3,16 cv) durch die annähernd isochore Temperaturerhöhung verfolgt die annähernd adiabatische Expansion des Arbeitsfluides. Bei der anschließenden isochoren Temperaturverringerung werden 103,481 kJ (Berechnung 32,747 K × 3,16 cv) abgegeben. Während der folgenden isochoren Temperaturverringerungen nach den einzelnen Kompressionsschritten werden insgesamt 109,993 kJ (Berechnung 34,808 K × 3,16 cv) Wärme abgeführt. Bei einer Wärmeaufnahme des Arbeitsfluides von insgesamt 316 kJ beträgt die Wärmeabgabe 213,474 kJ (103,481 kJ + 109,993 kJ). 102,526 kJ werden genutzt. Dies sind 32,44 % der aufgenommen Wärme. Bei einer Temperaturniveaudifferenz, die zwischen 0 °C (273,15 K) und 10 °C (283,15 K) liegt, wird das Temperaturniveau des expandierten Arbeitsfluides von 3,588 °C (276,738 K) auf 0 °C (273,15 K) isochor verringert. Dies ist in den Tabellen 1 bis 4 mit der Zuordnungsnummer I B-b vermerkt. Während der anschließenden isochoren Temperaturverringerungen des Arbeitsfluides nach den einzelnen Kompressionsschritten werden insgesamt 3,917 K abgegeben. Bei einer Wärmeaufnahme des Arbeitsfluides von insgesamt 31,6 kJ (10 K × 3,16 cv) beträgt die Wärmeabgabe 23,716 kJ (zur Berechnung siehe oben (3,588 K + 3,917 K) × 3,16 cv). 7,884 kJ werden genutzt. Dies sind 24,949 % der aufgenommen Wärme. Dieser Ablauf mit den dargestellten Zustandsänderungen des Arbeitsfluides kann zum Beispiel in der folgenden 5 eingesetzt werden, wenn eine Abfuhr der Wärmemengen umgesetzt wird, die in dem separaten Kolbenraum entstehen, der zur Kompression des Arbeitsfluides an einen Fluidraum angeordnet ist, oder wenn mehrere Fluidräume für die isochore Temperaturverringerung untereinander angeordnet werden und sich zwischen diesen Fluidräumen separate Kolbenräume für die Kompression des Arbeitsfluides befinden. Es werden annähernd adiabatische Kompressionen dargestellt. Diese Erläuterung erfolgt unter anderem, weil die annähernd adiabatischen Kompressionen im Vergleich zu annähernd isothermen Kompressionen bei realen Maschinen eher erreicht werden.
Die Zuordnungsnummern I A-c, II A-c, I A-d, II A-d der Tabellen 1 bis 4, die Kreisläufe mit einer annähernd isobaren Temperaturerhöhung darstellen, und die Zuordnungsnummern I B-c, II B-c, I B-d, II B-d, die Kreisläufe mit einer annähernd isochoren Temperaturerhöhung des Arbeitsfluides beschreiben, verdeutlichen Abläufe, die mit einer Vermeidung der Abführung von Wärme aufgrund der Kompressionen des Arbeitsfluides verbunden sind. Nach einer annähernd isobaren oder annähernd isochoren Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides, erfolgt eine annähernd adiabatische Expansion. Anschließend wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides annähernd isochor verringert. Danach erfolgt eine annähernd adiabatische Kompression des Arbeitsfluides, bei der die Kompressionswärme nicht abgeführt wird. Der Unterschied zwischen den Kreisläufen mit einer Zuordnungsnummer, die ein c enthalten, und den Nummern mit einem d besteht darin, dass die adiabatische Kompression zu einem höheren Druckniveau und damit zu einem höheren Temperaturniveau führt. Das Druckniveau und das Temperaturniveau der adiabatischen Kompression der Kreisläufe mit den Zuordnungsnummern, die ein c enthalten, sind niedriger. Nach der adiabatischen Kompression erfolgt wieder die annähernd isobare oder annähernd isochore Erwärmung des Arbeitsfluides, ohne dass die Kompressionswärme abgeführt wird. Das Temperaturniveau für die Erwärmung des Arbeitsfluides beginnt in der Darstellung daher erst auf der Höhe, auf der sich das Arbeitsfluid nach der adiabatischen Kompression befindet. Ein niedrigeres Temperaturniveau kann für die Erwärmung des Arbeitsfluides nicht genutzt werden. Das Temperaturniveau für die isobare oder isochore Temperaturerhöhung des Arbeitsfluides muss oberhalb des Temperaturniveaus liegen, welches das Arbeitsfluid aufgrund der adiabatischen Kompression erreicht hat. Der Ablauf mit der Zuordnungsnummer II A-c, der die Zustandänderungen eines Kreislaufes beschreibt, sieht vor, dass das Temperaturniveau des Arbeitsfluides annähernd isobar erhöht wird. Anschließend erfolgt eine annähernd adiabatische Expansion des Arbeitsfluides. Das Temperaturniveau des expandierten Arbeitsfluides wird danach annähernd isochor verringert. Aufgrund der isochoren Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides wird das Druckniveau des expandierten Arbeitsfluides weiter abgesenkt. Nach der isochoren Verringerung des Temperaturniveaus erfolgt eine annähernd adiabatische Kompression des Arbeitsfluides. Aufgrund der Kompression erhöht sich das Temperaturniveau des Arbeitsfluides. Das Arbeitsfluid wird anschließend wieder mit dem erhöhten Temperaturniveau aufgrund der adiabatischen Kompression der isobaren Temperaturerhöhung zugeführt. Die weitere isobare Temperaturerhöhung beginnt daher erst ab dem Temperaturniveau, welches aufgrund der adiabatischen Kompression erreicht wird. Als Beispiel werden im Folgenden die Zustandsänderungen von Helium mit einem annähernd idealen Gasverhalten betrachtet. Die einzelnen Werte der Darstellung können für das jeweilige Arbeitsfluid und / oder Druckniveau und / oder einen abweichenden Ablauf entsprechend geändert werden. Das Temperaturniveau von Helium wird bei 10 bar von 36,070 °C (309,220 K) isobar auf 100 °C (373,15 K) erhöht. Das Druckniveau von 10 bar und die Temperaturerhöhung auf 100 °C (373,15 K) wurde für eine vereinfachte Darstellung gewählt. Das Druckniveau und / oder das Temperaturniveau kann in der jeweiligen Vorrichtung höher oder niedriger sein. Die Größe der Temperaturniveaudifferenz von 100 °C (100 K) kann mit einer möglichen Größe der Temperaturniveaudifferenz 56 im Diagramm 1 verglichen werden. Nach der isobaren Temperaturerhöhung erfolgt die Expansion des Arbeitsfluides auf ein Drucknivau von 7,230 bar. Bei der annähernd adiabatischen Expansion verringert sich das Temperaturnivau auf ca. 56,473 °C/329,623 K (Berechnung mit 373,15 × Potenz ((7,230/10); ((1,66 – 1)/1,66)) – 273,15, wobei die Größen 373,15 K, 7,230 bar, 10 bar, κ: 1,66 und 273,15 K betragen). Das Druckniveau des expandierten Arbeitsfluides ergibt sich aus dem Druckniveau, welches im jeweiligen Raum für das expandierte Arbeitsfluid vorliegt. Im Raum für das expandierte Arbeitsfluid wurde ein Druckniveau gewählt, das sich aufgrund der isochoren Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides ergeben kann. Wenn das Temperaturniveau von Helium bei 100 bar (ohne vorherige Expansion) und 100 °C (373,15 K) annähernd isochor auf 0 °C (273,15 K) verringert wird, liegt ein Druckniveau von ca. 7,320 bar vor (allgemeine Berechnung mit 10 × (273,15/)373,15, wobei die Größen 10 bar, 273,15 K und 373,15 K betragen). Der größte Anteil des Volumens des Arbeitsfluides, welches sich im Raum für das expandierte Arbeitsfluid befindet, weist ein möglichst niedriges Temperaturniveau und damit ein entsprechend niedriges Druckniveau auf. Das Temperaturniveau des Arbeitsfluides wird auf 0 °C (273,15 K) verringert. Anschließend erfolgt eine Kompression dieses Volumens des Arbeitsfluides. Die Kompression kann zum Beispiel in einem separaten Kolbenraum erfolgen, der im oder am Raum für die Expansion angeordnet ist. Bei einer annähernd adiabatischen Kompression erfolgt eine Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides. Wenn das Druckniveau des Arbeitsfluides bei 7,320 bar und 0 °C (273,15 K) auf 10 bar erhöht wird, steigt das Temperaturniveau auf 36,070 °C / 309,22 K (Berechnung mit 273,15 × Potenz ((10/7,320); ((1,66 – 1)/1,66)) – 273,15, wobei die Größen 273,15 K, 10 bar, 7,320 bar, κ: 1,66 und 273,15 K betragen). Nach der adiabatischen Kompression wird das betreffende Volumen des Arbeitsfluides mit 10 bar und annähernd 36,070 °C (309,22 K) wieder der isobaren Temperaturerhöhung zugeführt. Der Kreislauf beginnt von vorne. Bei der isobaren Temperaturerhöhung von 36,070 °C (309,22 K) auf 100 °C (373,16 K) wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides um 63,930 K erhöht. Nach der adiabatischen Expansion des Arbeitsfluides wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides isochor von 56,473 °C (329,623 K) auf 0 °C (273,15 K) verringert. Aus diesem Ablauf ergibt sich das Verhältnis der Wärmeaufnahme des Arbeitsfluides zur Wärmeabgabe. Helium hat eine isobare spezifische Wärmekapazität (cp) von 5,236 (kJ /kg K) und eine isochore spezifische Wärmekapazität (cv) von 3,16 (kJ /kg K). Nach der Wärmeaufnahme von 334,737 kJ (Berechnung 63,930 K × 5,236 cp) durch die annähernd isobare Temperaturerhöhung erfolgt die annähernd adiabatische Expansion des Arbeitsfluides. Bei der anschließenden isochoren Temperaturverringerung werden 178,455 kJ (Berechnung 56,473 K × 3,16 cv) abgegeben. Bei einer Wärmeaufnahme des Arbeitsfluides von insgesamt 334,737 kJ beträgt die Wärmeabgabe 178,455 kJ. 156,282 kJ werden genutzt. Dies sind 46,688 % der aufgenommen Wärme. In den Tabellen 1 bis 4 zeigen die Zustandsänderungen mit der Zuordnungsnummer I A-c ein Kreislauf 5 des Diagramms 1, der mit der 1 dargestellt wird. Die Größe der gesamten Temperaturniveaudifferenz von 10 °C (10 K) kann mit einer möglichen Größe der Temperaturniveaudifferenz 57 im Diagramm 1 verglichen werden. Die isochore Temperaturerhöhung liegt zwischen 3,933 °C (277,083 K) und 10 °C (283,15 K). Das Temperaturniveau des Arbeitsfluides wird um 6,067 K isobar erhöht. Dies wird mit der Kennzeichnung 3 dargestellt. Das expandierten Arbeitsfluid weist ein Temperaturniveau von 5,981 °C (279,041 K) auf. Dieses Temperaturniveau wird anschließend auf 0 °C (273,15 K) isochor verringert. Dieser Vorgang wird mit der Kennzeichnung 4 verdeutlicht. Bei einer Wärmeaufnahme des Arbeitsfluides von insgesamt 31,767 kJ (Berechnung 6,067 K × 5,236 cp) beträgt die Wärmeabgabe 18,900 kJ (5,981 K × 3,16 cv). 12,867 kJ werden genutzt. Dies sind 40,50 % der aufgenommen Wärme. Für den Ablauf der dargestellten Zustandsänderungen des Arbeitsfluides kann insbesondere die 4 oder die 10 eingesetzt werden. Ein Teil des gesamten Diagrammes 1 mit mehreren Kreisläufen 5 kann mit mehreren 4 und/oder mehreren 10 und/oder mit Hilfe der 14 umgesetzt werden.
Der Ablauf mit Zuordnungsnummer II B-c sieht vor, dass das Temperaturniveau des Arbeitsfluides annähernd isochor erhöht wird. Anschließend erfolgt eine annähernd adiabatische Expansion des Arbeitsfluides. Das Temperaturniveau des expandierten Arbeitsfluides wird danach annähernd isochor verringert. Aufgrund der isochoren Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides wird das Druckniveau des expandierten Arbeitsfluides weiter abgesenkt. Nach der isochoren Verringerung des Temperaturniveaus erfolgt eine annähernd adiabatische Kompression des Arbeitsfluides. Aufgrund der Kompression erhöht sich das Temperaturniveau des Arbeitsfluides. Das Arbeitsfluid wird anschließend wieder mit dem erhöhten Temperaturniveau aufgrund der adiabatischen Kompression der isochoren Temperaturerhöhung zugeführt. Die weitere isochore Temperaturerhöhung beginnt daher erst ab dem Temperaturniveau, welches aufgrund der adiabatischen Kompression erreicht wird. Als Beispiel werden im Folgenden die Zustandsänderungen von Helium mit einem annähernd idealen Gasverhalten im Kreislauf mit der Zuordnungsnummer II B-c betrachtet. Die einzelnen Werte der Darstellung können für das jeweilige Arbeitsfluid und/oder Druckniveau und/oder einen abweichenden Ablauf entsprechend geändert werden. Das Temperaturniveau von Helium wird bei 10 bar und ca. 21,194 °C (294,344 K) isochor auf 100 °C (373,15 K) erhöht. Das Druckniveau von 10 bar und die Temperaturerhöhung auf 100 °C (373,15 K) wurde für eine vereinfachte Darstellung gewählt. Das Druckniveau und/oder das Temperaturniveau kann in der jeweiligen Vorrichtung höher oder niedriger sein. Die Größe der Temperaturniveaudifferenz von 100 °C (100 K) kann mit einer möglichen Größe der Temperaturniveaudifferenz 56 im Diagramm 2 verglichen werden. Aufgrund der isochoren Temperaturniveauerhöhung liegt ein Druckniveau von ca. 12,884 bar vor. Nach der isochoren Temperaturerhöhung erfolgt die Expansion des Arbeitsfluides auf ein Druckniveau von 8,287 bar. Bei der annähernd adiabatischen Expansion verringert sich das Temperaturniveau auf ca. 39,943 °C/313,093 K (Berechnung mit 373,15 × Potenz ((8,287/12,884); ((1,66 – 1)/1,66)) – 273,15, wobei die Größen 373,15 K, 8,287 bar, 10 bar, κ: 1,66 und 273,15 K betragen). Das Druckniveau des expandierten Arbeitsfluides ergibt sich aus dem Druckniveau, welches im jeweiligen Raum für das expandierte Arbeitsfluides vorliegt. Das Temperaturniveau des Arbeitsfluides wird nach der Expansion isochor auf 0 °C (273,15 K) verringert. Anschließend erfolgt eine Kompression dieses Volumens des Arbeitsfluides. Die Kompression kann zum Beispiel in einem separaten Kolbenraum erfolgen, der im oder am Raum für die Expansion angeordnet ist. Eine annähernd adiabatische Kompression führt zu einer Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides. Wenn das Druckniveau des Arbeitsfluides mit 8,287 bar und 0 °C (273,15 K) auf 10 bar erhöht wird, steigt das Temperaturniveau auf 21,194 °C/294,344 K (Berechnung mit 273,15 × Potenz ((10/8,287); ((1,66 – 1)/1,66)) – 273,15, wobei die Größen 273,15 K, 10 bar, 8,287 bar, κ: 1,66 und 273,15 K betragen). Nach der adiabatischen Kompression wird das betreffende Volumen des Arbeitsfluides mit 10 bar und annähernd 21,194 °C (294,344 K) wieder der isochoren Temperaturerhöhung zugeführt. Der Kreislauf beginnt von vorne. Bei der isochoren Temperaturerhöhung von 21,194 °C (294,344 K) auf 100 °C (373,16 K) wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides um 78,806 K erhöht. Nach der adiabatischen Expansion des Arbeitsfluides wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides isochor von ca. 39,943 °C (313,093 K) auf 0 °C (273,15 K) verringert. Aus diesem Ablauf ergibt sich das Verhältnis der Wärmeaufnahme des Arbeitsfluides zur Wärmeabgabe. Helium hat eine isobare spezifische Wärmekapazität (cp) von 5,236 (kJ /kg K) und eine isochore spezifische Wärmekapazität (cv) von 3,16 (kJ /kg K). Nach der Wärmeaufnahme von 249,027 kJ (Berechnung 78,806 K × 3,16 cv) durch die annähernd isochore Temperaturerhöhung erfolgt die annähernd adiabatische Expansion des Arbeitsfluides. Bei der anschließenden isochoren Temperaturverringerung werden 126,220 kJ (Berechnung 39,943 K × 3,16 cv) abgegeben. Bei einer Wärmeaufnahme des Arbeitsfluides von insgesamt 249,027 kJ beträgt die Wärmeabgabe 126,220 kJ. 122,807 kJ werden genutzt. Dies sind 49,315 % der aufgenommen Wärme. In den Tabellen 1 bis 4 ist außerdem ein Kreislauf 5 mit der Zuordnungsnummer I B-c angegeben. Dieser Kreislauf 5 wird im zweiten Diagramm 2 der 1 dargestellt. Die Größe der gesamten Temperaturniveaudifferenz von 10 °C (10 K) kann mit der möglichen Größe der Temperaturniveaudifferenz 57 verglichen werden. Bei einer Temperaturniveaudifferenz, die zwischen 2,363 °C (275,513 K) und 10 °C (283,15 K) liegt, wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides isochor um 7,637 K erhöht. Dies wird der Kennzeichnung 6 dargestellt. Nach der Expansion weist das expandierte Arbeitsfluid ein Temperaturniveau von 4,506 °C (277,656 K) auf. Dieses Temperaturniveau wird anschließend auf 0 °C (273,15 K) isochor verringert. Dieser Vorgang wird mit der Kennzeichnung 7 beschrieben. Bei einer Wärmeaufnahme des Arbeitsfluides von insgesamt 24,133 kJ (Berechnung 7,637 K × 3,16 cp) beträgt die Wärmeabgabe 14,239 kJ (4,506 K × 3,16 cv). 9,894 kJ werden genutzt. Dies sind 41 % der aufgenommen Wärme. Für den Ablauf der dargestellten Zustandsänderungen des Arbeitsfluides kann insbesondere die 5 verwendet werden. Ein Teil des gesamten Diagramms 2 der 1 mit mehreren Kreisläufen 5 wird mit mehreren 5 umgesetzt und/oder mit der 6. Die Vermeidung der Abführung von Kompressionswärme ist vorteilhaft, weil diese Abführung in der Praxis häufig Probleme verursacht. Außerdem ist der Aufbau und Ablauf für die Vorrichtungen weniger komplex. Der Umstand, dass das Arbeitsfluid nach der Kompression ein höheres Temperaturniveau aufweist, kann durch andere Abläufe und/oder Vorrichtungen ausgeglichen werden. So wird beispielsweise der Strom des Fluides zur Wärmeübertagung, der aufgrund des durchschnittlichen Temperaturniveaus nicht mehr in der jeweiligen Vorrichtung genutzt werden kann, in eine weitere Vorrichtung zur Nutzung geleitet oder für eine nachfolgende Nutzung zwischengespeichert. Eine weitere Nutzung ist aufgrund der differenzierten Wärmeübertragung der Fig. möglich. Für die Kreisläufe mit den Zuordnungsnummern II A-c, II A-c, II A-d, II A-d kann der Wirkungsgrad einer Fig. näher an dem ermittelten Wirkungsgrad liegen als bei anderen Verfahren. Für den gesamten Wärmeaustausch können Wärmetauscher genutzt werden, die im Gegenstromverfahren die Fluide temperieren. In der Umgebung der Wärmetauscher liegt ein annähernd konstantes Druckniveau vor. Das Druckniveau der Fluide für den Wärmeaustausch kann an dieses Druckniveau angepasst werden. Die Bewegungsrichtungen der Fluide können innerhalb der Wärmetauscher zu jedem Zeitpunkt gesteuert werden. Daher, die Fluide können hin- und zurückbewegt werden, falls dies erforderlich ist. Die Fluide können mit einem minimalen Energieaufwand durch die Wärmetaucher geleitet werden. Die Wärmetauscher weisen ein ansteigendes Temperaturniveau auf, die Fluide können innerhalb der Wärmetauscher aufsteigen oder absinken. Die Geschwindigkeit, mit der die Fluide durch die Wärmetauscher geleitet werden, kann festgelegt werden, unter anderem aufgrund der Festlegung des ausgetauschten Volumen im Verhältnis zum Volumen der Fluidräume oder zur Temperaturniveaudifferenz etc.

Im Folgenden werden einige Möglichkeiten für die Gestaltung der Kreisläufe des Arbeitsfluids mit den Tabellen 1 bis 4 zur Veranschaulichung der Prozessabläufe der vorstehenden sowie der folgenden Fig. dargestellt. Die Werte der Tabellen 1 bis 4 können für die Berechnung von Varianten und/oder abweichenden Prozessabläufen entsprechend geändert werden. Tabelle 1 Kreisläufe des Arbeitsfluids in Abhängigkeit von t und p

Fluid	Nummer, Zuordnung	Anfang, Temperatur, t	Anfang, Druck, p	Ende, t-Erhöhung, Druck, p	Ende, t-Erhöhung, Temperatur, t	t-Erhöhung Temperaturzunahme
	Nr.	[°C]	[bar]	[bar]	[°C]	[K]
He	I A-a	0,000	10,000	10,000	10,000	10,000
He	II A-a	0,000	10,000	10,000	100,000	100,000
He	I A-b	0,000	10,000	10,000	10,000	10,000
He	II A-b	0,000	10,000	10,000	100,000	100,000
He	I A-c	3,933	10,000	10,000	10,000	6,067
He	II A-c	36,070	10,000	10,000	100,000	63,930
He	I A-d	5,000	10,098	10,098	10,000	5,000
He	II A-d	50,000	11,172	11,172	100,000	50,000


He	I B-a	0,000	10,000	10,366	10,000	10,000
He	II B-a	0,000	10,000	13,660	100,000	100,000
He	I B-b	0,000	10,000	10,366	10,000	10,000
He	II B-b	0,000	10,000	13,660	100,000	100,000
He	I B-c	2,363	10,000	10,280	10,000	7,637
He	II B-c	21,194	10,000	12,884	100,000	78,806
He	I B-d	5,000	10,243	10,430	10,000	5,000
He	II B-d	50,000	12,647	14,961	100,000	50,000

Tabelle 2 Kreisläufe des Arbeitsfluids in Abhängigkeit von t und p

Nummer Zuordnung	Ende, adiabatische Expansion, Druck, p	Ende, adiabatische Expansion, t	Ende, t-Ab-, senkung, t	Ende, t-Ab, senkung, Druck, p	Ende, 1. adiabatische Kompression, Druck, p
Nr.	[bar]	[°C]	[°C]	[bar]	[bar]
I A-a	10,000	10,000	0,000	9,647	10,000
II A-a	10,000	100,000	0,000	7,320	10,000
I A-b	9,647	5,981	0,000	9,647	10,000
II A-b	7,320	56,473	0,000	7,320	10,000
I A-c	9,647	5,981	0,000	9,647	10,000
II A-c	7,320	56,473	0,000	7,320	10,000
I A-d	9,647	4,901	0,000	9,647	10,098
II A-d	7,320	42,264	0,000	7,320	11,172


I B-a	10,000	5,982	0,000	9,786	10,000
II B-a	10,000	56,482	0,000	8,287	10,000
I B-b	9,786	3,588	0,000	9,786	10,000
II B-b	8,287	32,747	0,000	8,287	10,000
I B-c	9,786	4,506	0,000	9,786	10,000
II B-c	8,287	39,943	0,000	8,287	10,000
I B-d	9,786	2,907	0,000	9,786	10,430
II B-d	8,287	21,877	0,000	8,287	12,647

Tabelle 3 Kreisläufe des Arbeitsfluids in Abhängigkeit von t und p

Nummer, Zuordnung	Ende, 1. adiabatische Kompression, Temperatur, t	Ende, Kompressionen, Wärme ab, Verhältnis (cv) K	Wärme zu, Verhältnis, kJ	Wärme ab t-Absenkung, Verhältnis
Nr.	[°C]	[K]	[kJ]	[kJ]
I A-a	3,933	6,515	52,360	31,600
II A-a	36,070	58,825	523,600	316,000
I A-b	3,933	6,515	52,360	18,900
II A-b	36,070	58,825	523,600	178,455
I A-c	3,933	-	31,767	18,900
II A-c	36,070	-	334,737	178,455
I A-d	5,000	-	26,180	15,487
II A-d	50,000	-	261,800	133,554


I B-a	2,363	3,917	31,600	18,903
II B-a	21,194	34,808	316,000	178,483
I B-b	2,363	3,917	31,600	11,338
II B-b	21,194	34,808	316,000	103,481
I B-c	2,363	-	24,133	14,239
II B-c	21,194	-	249,027	126,220
I B-d	5,000	-	15,800	9,186
II B-d	50,000	-	158,000	69,131

Tabelle 4 Kreisläufe des Arbeitsfluids in Abhängigkeit von t und p

Nummer, Zuordnung	Wärme ab, adiabatische Kompressionen, Verhältnis	Wärme, genutzt, Verhältnis	Wärme genutzt,
Nr.	[kJ]	[kJ]	[%]
I A-a	20,587	-	-
II A-a	185,887	-	-
I A-b	20,587	12,873	24,586
II A-b	185,887	159,258	30,416
I A-c	-	12,867	40,504
II A-c	-	156,282	46,688
I A-d	-	10,693	40,844
II A-d	-	128,246	48,986


I B-a	12,378	-	-
II B-a	109,993	-	-
I B-b	12,378	7,884	24,949
II B-b	109,993	92,026	32,445
I B-c	-	9,894	41,000
II B-c	-	122,807	49,315
I B-d	-	6,614	41,861
II B-d	-	88,869	56,246

Die 2 zeigt einen Längsschnitt einer Kolbenmaschine mit einem inneren Zylinder 9, der die Längsseiten des inneren Fluidraums 12 begrenzt. In dem inneren Fluidraum 12 befindet sich das Arbeitsfluid 26 und mindestens ein Kolben 14, der an den Seitenwänden des inneren Zylinders 9 anliegt, oder mindestens eine gekoppelte Kolbenhälfte 14 oder mindestens ein Plungerkolben 14. Der eingesetzte Kolben 14 weist einen Isolationskörper 15 auf. Außerdem ist innerhalb des inneren Zylinders 9 der Einsatz mindestens einer Strömungshilfe 17 möglich. Die Strömungshilfe 17 kann über eine Stange zur Bewegung der Strömungshilfe 18 und / oder über eine hydraulische Vorrichtung oder einen magnetischen Verbund verschoben werden. Ferner weist die Kolbenmaschine einen äußeren zweiten Zylinder 10 auf. Zwischen dem inneren Zylinder 9 und dem äußeren zweiten Zylinder 10 befindet sich der äußere zweite Fluidraum 13 für das Fluid für den Phasenwechsel 58. In dem äußeren zweiten Fluidraum 13 befindet sich mindestens ein Plungerkolben 16 oder die gekoppelte Kolbenhälfte eines Plungerkolbens 16. Der eingesetzte Kolben 16 weist einen Isolationskörper auf. Außerdem ist innerhalb des äußeren zweiten Zylinders 13 der Einsatz mindestens einer Strömungshilfe 19 möglich. Die Strömungshilfe 19 kann über eine Stange zur Bewegung der Strömungshilfe 20 und / oder über eine hydraulische Vorrichtung oder einen magnetischen Verbund verschoben werden. Ferner weist die Kolbenmaschine einen äußeren dritten Zylinder 11 auf. Zwischen dem äußeren zweiten Zylinder 10 und dem wärmeisolierten äußeren dritten Zylinder 11 befinden sich Fluidräume für das Fluid zur Wärmeübertragung 21. Das Fluid zur Wärmeübertragung 21 wird an den Wärmetauscherflächen des äußeren zweiten Zylinders 10 vorbeigeführt, um das Fluid des äußeren zweiten Fluidraums 13 zu temperieren. Wenn kein Wärmeaustausch an den Wärmetauschflächen des äußeren zweiten Zylinders 10 vorgesehen ist, verdecken die Verdränger des Fluidraums, die mit einer Stange zur Bewegung der Verdränger 22 verschoben die Wärmetauscherflächen und / oder es werden zusätzliche Isolationshilfen im Fluidraum 13 eingesetzt und / oder an der Stelle des Fluides zur Wärmeübertragung 21 werden Isolatoren eingeleitet. Ein Isolator kann aus einem gasförmigen Fluid mit einer möglichst geringen Wärmeleit- und Speicherfähigkeit bestehen und / oder aus Kugel mit Isolationsmaterialien und / oder aus einem zweckentsprechenden Bestandteil. Das Fluid zur Wärmeübertragung 19 kann mit einem angepassten Temperaturniveau und Druckniveau an die Wärmetauscherflächen geführt werden. Es handelt sich um eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung und Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen, die insgesamt mit 8 bezeichnet wird. Die 2 weist in der Mitte eine röhrenförmige innere Kammer 12 auf, deren Form vergleichbar mit einem Hohlzylinder 9 ist. Die Begrenzungen bzw. die Wände des inneren Raumes 12 für das Arbeitsfluid stellen eine Mantelröhre / einen Hohlzylinder 9 dar. Der innere Hohlzylinder 9 grenzt mit der äußeren Wand an den Fluidram 13. Dieser Fluidraum 13 wird durch die äußeren zweiten Hohlzylinder 10 begrenzt. Die äußere Wand des zweiten Hohlzylidners 10 grenzt an die Fluidräume für das Fluid zur Wärmeübertragung 21, welches zwischen den Einlässen und den Auslässen durch die Fluidräume geleitet wird. Das Fluid zur Wärmeübertragung 21 wird in den Fluidräumen für einen Wärmeaustausch eingesetzt. Dafür wird das Fluid zur Wärmeübertragung von außen in die 2 eingeführt. Das Fluid zur Wärmeübertragung wird durch die Öffnungen, die für eine Zuleitung des Fluides zur Wärmeübertragung an dem äußeren dritten Zylinder 11 angeordnet sind, in die 2 eingeführt. In den Fluidräumen strömt das Fluid zur Wärmeübertragung an den Verdrängern des Fluidraums und an den Begrenzungen bzw. den Wärmetauscherflächen des äußeren zweiten Zylinders 10 vorbei. Über die Begrenzungen bzw. die Wärmetauscherflächen des äußeren zweiten Zylinders 10 erfolgt ein Wärmeaustausch. Anschließend wird das Fluid zur Wärmeübertragung 21 wieder durch die Auslässe abgeleitet. Die Auslässe für die Abführung des Fluides zur Wärmeübertragung 21 sind an dem wärmeisolierten äußeren dritten Zylinder 11 angeordnet. Die Fluidräume oder Kammern für das Fluid zur Wärmeübertragung 21 werden nach außen durch die stabilisierende und wärmeisolierte Zylinderwand 11 / Mantelröhre 11 / den Begrenzungen 11 abgeschlossen. In der rohrförmigen inneren Kammer / dem Raum / dem Zylinder 9 für das Arbeitsfluid ist der Kolben 14 oder Plungerkolben 14 angeordnet oder es befinden sich mindestens eine der gekoppelten Kolbenhälften 14 in dem Zylinder 9. Mit Kolben 14 wird im Gegensatz zum Plungerkolben 14 ein Kolben 14 bezeichnet, der an den Zylinderwänden anliegt, daher mit den Zylinderwänden 9 einen Fluidraum 12 mit dem Arbeitsfluid 26 abschließt. Ein Plungerkolben 14 kann einen größeren oder einen möglichst minimalen Abstand zu den seitlichen Wänden des Hohlzylinders 9 aufweisen. Der Plungerkolben 14 oder der Kolben 14 werden im Folgenden überwiegend als Kolben 14 bezeichnet, sofern nicht eine gesonderte Auflistung von Plungerkolben 14 oder Kolben 14 den Unterschied verdeutlicht. Der Kolben 14 ist mit einer Kolbenstange für die Bewegung des Kolbens 14 verbunden, wenn keine Kraftübertragung durch einen magnetischen Verbund oder eine andere Vorrichtung erfolgt. Eine Druckniveauänderung des Arbeitsfluides in dem Fluidraum 12 des Hohlzylinders 9 kann eine Bewegung des Kolbens 14 bewirken, wenn dies vorgesehen ist, und eine Bewegung des Kolbens 14 hat eine Änderung des Druckniveaus und / oder des Volumens des Arbeitsfluides des Fluidraums 12 im Hohlzylinder 9 zur Folge. Die äußeren Wände des inneren Hohlzylinders 9 grenzen an den Fluidraum 13 mit dem Fluid für den Phasenwechsel 58. In diesem Fluidraum 13 befindet sich ein Plungerkolben 16. Der Abstand des Plungerkolben 16 zu dem äußeren zweiten Zylinder 10 ist möglichst minimal. Die Größe des Abstand ist auch von dem möglichen Einsatz von Isolationshilfen im Fluidraum 13 abhängig, wenn diese zusätzlich zu den Verdrängern und/oder Isolatoren in den Fluidräumen mit dem Fluid zur Wärmeübertragung 21 genutzt werden. Außerdem verbleibt ein Abstand zwischen den Plungerkolben 16 und dem inneren Zylinder 9. Der Plungerkolben 16 weist eine Form auf, die mit einer Mantelröhre vergleichbar ist. Der Zylinder 9 umfasst ebenfalls Wärmetauscherflächen. Die Größe dieses Abstandes zwischen dem Plungerkolben 16 und dem Zylinder 9 ist von den Kompressionen und Expansionen des Fluides für den Phasenwechsel 58 und den damit verursachten Volumenänderungen des Fluides für den Phasenwechsel 58 abhängig. Wenn vorgesehen ist, dass das Fluid für den Phasenwechsel 58 stark komprimiert wird, ist der Abstand kleiner, als bei einer vergleichsweise geringeren Kompression. Ein Abstand zwischen dem Plungerkolben 16 und dem inneren Zylinder 9 ist erforderlich, damit auch bei einer starken Kompression des Fluides für den Phasenwechsel 58 ein möglichst umfassender Wärmeaustausch zwischen den Fluid für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 und dem Arbeitsfluid im Fluidraum 12 erfolgen kann. Der Abstand zwischen dem Plungerkolben 16 des Fluidraumes 13 und dem inneren Zylinder 9 kann bei einer starken Kompression des Fluides für den Phasenwechsel 58 kleiner sein, als der Abstand, der mit der 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit dargestellt wird, und umgekehrt. Eine Druckniveauänderung des Fluides in dem äußeren zweiten Fluidraum 13 des Hohlzylinders 10 kann eine Bewegung des Kolbens 16 bewirken, wenn dies vorgesehen ist, und eine Bewegung des Kolbens 16 hat eine Änderung des Druckniveaus und / oder des Volumens des Fluides für den Phasenwechsel 58 des Fluidraums 13 im Hohlzylinder 10 zur Folge. Wenn ein Wärmetausch zwischen dem Fluid zur Wärmeübertragung 21 und dem Fluid für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 vorgesehen ist, und die Wärmetauscherflächen nicht verdeckt werden, wird die Wärme über die Wärmetauscherflächen des Zylinders 11 übertragen. Zwischen dem Fluid für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 und dem Arbeitsfluid 26 im Fluidraum 12 des inneren Zylinders 9 erfolgt ein permanenter Wärmeaustausch über die Wand des inneren Zylinders 9. Die Wärmetauscherflächen weisen ein möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit und eine möglichst geringe Wärmespeicherkapazität auf. Alle Flächen der 2, die nicht für eine Wärmeübertragung eingesetzt werden, sind wärmeisoliert und weisen Isolationsmaterialien auf, die eine Weiterleitung oder Speicherung von Wärme möglichst weitgehend vermeiden. Die Wärmetauscherflächen bestehen aus Wärmeleitern, die eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Diese Wärmeleiter werden durch Isolatoren unterbrochen, die eine möglichst geringe Wärmeleit- und Wärmespeicherfähigkeit besitzen.
Die Wärmetauscher bestehen aus einer hohen Anzahl an Streifen bzw. Schichten aus Wärmeleitern, die durch Isolatoren voneinander getrennt sind, um eine Wärmeleitung innerhalb der Wärmetauscher möglichst weitgehend zu vermeiden. Die Wärmeleiter können zum Beispiel aus Industriediamanten und Metalllegierungen oder gegebenenfalls speziellen Kunststoffen bestehen. Die 2 weist einen anderen Aufbau auf als die dritten Fig. der DE 10 2013 114 159 A1 , weil mehrere Zylinderräume 12, 13 ineinander und/oder aneinander angeordnet sind, und der Plungerkolben 16 einen Mantelzylinder / Hohlzylinder darstellt. Außerdem müssen folgende mögliche Änderungen berücksichtigt werden, die mit der 2 nicht dargestellt sind. Der Fluidraum 13 kann länger sein als der Fluidraum 12, wenn für die erste Kompression ein Kolben eingesetzt wird, und wenn dies für den Prozessablauf vorteilhaft ist. Die Form der Fluidräume 12, 13 kann oval sein, um die Wärmetauscherfläche im Verhältnis zu den Fluide der Kolbenräume zu erhöhen, wenn die Wärmetauscherflächen eine ausreichend niedrige Wärmespeicherfähigkeit aufweisen etc. Es besteht die Möglichkeit, dass Zugänge an den Fluidräumen 12 und 13 angebracht werden, die mit Leitungen verbunden sind. An den Wänden bzw. den Begrenzungen, die sich gegenüber von den Kolben 14, 16 befinden, können Ventile und / oder Schieber angeordnet werden. Diese Zugänge sind mit Leitungen verbunden. Über eine oder mehrere Leitungen 38, die mit dem Fluidraum 12 verbunden sind, kann das Arbeitsfluid 26 zugeführt oder abgeleitet werden. Außerdem kann das Druckniveau eingestellt werden. Eine oder mehrere andere Leitungen sind mit dem Fluidraum 13 verbunden, damit das Fluid für den Phasenwechsel 58 zugeführt oder abgeleitet werden und/oder das Druckniveau wird im Fluidraum eingestellt. Falls das Druckniveau des Arbeitsfluides 26 oder des Fluides für den Phasenwechel 58 in den Fluidräumen 12, 13 geändert werden muss, kann über diese Vorrichtung das Druckniveau gegebenenfalls angepasst werden. Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann eine Anpassung des Druckniveaus für bestimmte Prozesse erfolgen. Die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 werden durch die Leitungen 37 in die Öffnungen der Fluidräume zur Wärmeübertragung der 2 eingeleitet und an einer anderen Stelle durch andere Leitungen 37 wieder aus der 2 abgeführt. In den Fluidräumen werden die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 an den Verdrängern und an den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 10 vorbeigeführt. Über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 10 erfolgt ein Wärmeaustausch. Anschließend werden die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 wieder durch die Auslässe aus der 2 abgeführt. Die abgeführten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 werden in verschiedene Bereiche oder Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 eingeteilt, die sich aufgrund eines anderen durchschnittlichen Temperaturniveaus voneinander unterscheiden. Die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21, die aus der 2 abgeführt wurden, werden entsprechend ihrem durchschnittlichen Temperaturniveau bzw. ihrer Temperaturniveaudifferenz in eine andere Vorrichtung geleitet, damit das Temperaturniveau der abgeführten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 genutzt werden kann. Zusätzlich oder an der Stelle einer Weiterleitung der abgeführten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 in eine weitere Vorrichtung, zum Beispiel zur Nutzung des durchschnittlichen Temperaturniveaus der abgeleiteten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21, besteht die Möglichkeit, dass die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 in einer wärmeisolierten Leitung zwischengespeichert werden. Nach der Zwischenspeicherung der Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 werden die abgeführten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 in eine Vorrichtung für eine Nutzung des durchschnittlichen Temperaturniveaus eingeführt. Die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21, die ein durchschnittliches Temperaturniveau aufweisen, welches für eine weitere Nutzung in anderen Vorrichtungen oder in der gleichen Fig. nicht mehr vorgesehen ist, werden aus einer Anlage, die mehrere Vorrichtungen für eine Nutzung des Temperaturniveaus der Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 und mehrere Zwischenspeicher umfasst, abgeleitet oder auf den Ausgangszustand zurückgeführt. Die Geschwindigkeit der Durchleitung des Fluides zur Wärmeübertragung 21 sowie die Strömungsrichtungen können an die Erfordernisse und Möglichkeiten des Wärmeaustausches angepasst werden. An Stellen mit einer geringerer Wärmübertragung wird ein geringes Volumen des Fluides für die Wärmeübertragung 21 durchgeleitet und an Stellen mit einer Wärmeübertragung, die einen höheren Umfang aufweist, wird ein größeres Volumen innerhalb der gleichen Zeitspanne vorbeigeführt, in Abhängigkeit zum Beispiel von der Stellung des Kolbens 16 und / oder des Einsatzes der Strömungshilfe 19 und / oder zusätzlichen Isolationshilfen. Die Steuerung der Zuleitung und der Abführung der Ströme des Fluides zur Wärmübertragung 21 wird mit der Steuerung der Bewegung des Kolbens 16 und / oder der Strömungshilfe 19 und / oder der zusätzlichen Isolationshilfe und / oder der Isolatoren und / oder Verdränger des Fluidraums für das Fluid zur Wärmeübertragung 21 sowie weiterer Bestandteile der Vorrichtung abgestimmt. Dabei wird der angestrebten Umfang des Wärmeaustausches an unterschiedlichen Stellen der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen der Zylinderwand 10 berücksichtigt. Das Fluid zur Wärmeübertragung 21 temperiert über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 10 das Fluid 58 im Fluidraum 13. Es erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid zur Wärmeübertragung 21 und dem Fluid für den Phasenwechsel 58 des Fluidraums 13 über die Begrenzungen des äußeren Zylinders 10. Der Zeitraum und der Ablauf für diesen Wärmeaustausch können durch den Einsatz von mindestens einer Strömungshilfe 19 und / oder mindestens einer Isolationshilfe und / oder mindestens eines Verdrängers im Fluidraum für das Fluid zur Wärmeübertragung 21 beeinflusst werden. Eine Isolationshilfe wird beweglich innerhalb des Zylinders 10 angeordnet. Die Isolationshilfe wird auf einen Bereich der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des Zylinders 10, die sich auf der Innenseite des Zylinders 10 befinden, geschoben, dort verdrängt die Isolationshilfe das Fluid 58 und deckt einen Bereich der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des Zylinders 10 gegenüber dem überwiegenden Anteil des Volumens des Fluides 58 des Zylinders 10 ab. Die Bereiche der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des Zylinders 10, bei denen der Wärmeaustausch verringert wird, werden von der Isolationshilfe abdeckt. Die Isolationshilfe stellt einen Verdrängerkörper bzw. einen Isolationskörper für die Abdeckung der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des Zylinders 10 dar. Die Strömungshilfen 17, 19 können das Fluid der Fluidräume 12, 13 an den Längsseiten der Zylinderwand 9, 10 vorbeiführen. Ferner verdrängen die Strömungshilfen 17, 19 das Fluid vor dem Kolben 14, 16 und vor der gegenüberliegenden Wand des Zylinders 9, 10, wenn die Strömungshilfen 17, 19 bis kurz vor den Kolben 14, 16 oder bis kurz vor die gegenüberliegenden Wand geschoben werden. Die Formen und Ausmaße der Strömungshilfe 17, 19 können an den jeweiligen Verwendungszweck angepasst werden. An der Stelle von Strömungshilfen 17, 19, die das Volumen des Fluides, welches von den Strömungshilfe 17, 19 verschoben wird, an allen Längsseiten der Zylinder 9, 10 vorbeiführt, ist der Einsatz von Strömungshilfen 17, 19 möglich, die das Fluid 26, 58 der Fluidräume 12, 13 verstärkt an bestimmten Bereichen der Längsseiten der Zylinderwände 9, 10 vorbeiführen. Der Wärmeaustausch zwischen dem Fluid für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 und dem Arbeitsfluid 26 im Fluidraum 12 erfolgt permanent. Der Umfang dieses Wärmeaustausches ist unter anderem von dem Einsatz der Strömungshilfen 17, 19 abhängig. Ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid zur Wärmeübertragung 21, welches von außen in die 2 eingeführt wird, und dem Fluid für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 erfolgt überwiegend nur innerhalb eines bestimmten Prozessabschnittes. Eine Erweiterung des Aufbaus der 2 kann in dem Einsatz von Verdrängern bestehen, die unter anderem Wärmespeicher enthalten. Diese können in dem Fluidraum 12 mit dem Arbeitsfluid eingesetzt werden. Die eingesetzten Verdränger weisen einen Aufbau auf, der mit dem jeweiligen Bauplan der Verdränger der sechsten Fig. der DE 10 2013 114 159 A1 vergleichbar ist. Als Arbeitsfluid 26 kann beispielsweise Helium eingesetzt werden. Das Fluid für den Phasenwechsel 58 besteht in Abhängigkeit von dem jeweiligen Einsatzbereich der 2 aus Butan oder Propan. Falls der Einsatz von Butan oder Propan nicht möglich ist, wird ein anderes Fluid für den Phasenwechsel 58 verwendet. Der Ablauf für die 2 sieht vor, dass durch eine Bewegungsausführung des Kolbens 14 und aufgrund einer entsprechenden Temperierung die Zustandsänderungen des Arbeitsfluides 26 des Fluidraumes 12 einen Kreislauf beschreiben, der durch einen Kreislauf der Tabelle 1 bis 4 dargestellt wird. An der Stelle eines Kreislaufes der Tabelle 1 bis 4 kann auch eine Variante dieses Kreislaufes oder ein anderer Kreislauf eingesetzt werden, wenn dadurch eine weitere Optimierung des jeweiligen Prozesszieles möglich ist. Zum Beispiel kann ein Kreislauf eingesetzt werden, der mit dem Kreislauf der Zuordnungsnummer I B-c oder I A-c der Tabellen 1 bis 4 vergleichbar ist. Das Druckniveau des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 12 kann höher sein, als das Druckniveau, welches für die Beispielrechnung in den Tabellen 1 bis 4 eingetragen wurde. Die Temperierung des Arbeitsfluides 26 des Fluidraums 12 erfolgt durch das Fluid für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13. Die Bewegungsausführung des Plungerkolbens 16 und die Temperierung des Fluides für den Phasenwechsel 58 im Fluidraumes 13 ermöglichen durch eine entsprechende Wärmeübertragung und eine abgestimmte Bewegungsausführung des Kolbens 14 die Zustandsänderungen des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 13. Wenn zum Beispiel ein Kreislauf mit der Zuordnungsnummer I B-c der Tabellen 1 bis 4 eingesetzt wird, ist folgender Ablauf möglich. Das Arbeitsfluid 26 im Fluidraum 12 und das Fluid für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 werden zeitgleich annähernd adiabatisch komprimiert. Die Komprimierung erfolgt mit einer Geschwindigkeit, die hoch genug ist, um einen zu großen Wärmeaustausch zu vermeiden. Ferner werden mindestens für die Verminderung des Wärmeübergangs zwischen dem Fluidraum 11 mit dem Fluid für den Phasenwechsel 58 und den Fluidräumen mit dem Fluid zur Wärmeübertragung 21 des dritten Zylinders 11 Verdränger 22 und/oder Isolationshilfen eingesetzt. Nach der annähernd adiabatischen Komprimierung des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 12 und der zeitgleichen annähernd adiabatischen Komprimierung des Fluides für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 wird das Arbeitsfluid 26 nicht weiter komprimiert, das Fluid für den Phasenwechsel 58 wird weiter komprimiert, bis dieses einen höheres Temperaturniveau erreicht hat als das Arbeitsfluid 26. Bei der weiteren Komprimierung des Fluides für den Phasenwechsel 58 erfolgt ein Wärmeaustauch zwischen den Fluid für den Phasenwechsel 58 und dem Arbeitsfluid 26. Das Fluid für den Phasenwechsel 58 wird weiter komprimiert, während das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 annähernd isochor erhöht wird. Der Wärmeaustausch zwischen dem Fluid für den Phasenwechsel 58 und dem Arbeitsfluid 26 wird durch den Einsatz von Strömungshilfen verstärkt, die im Fluidraum 12 und 13 eingesetzt werden, um den Wärmeaustauch zu steuern. Das Fluid für den Phasenwechsel 58 wird weiter komprimiert, bis die Wärmeübertragung aufgrund des Phasenwechsels abgeschlossen ist. Danach erfolgt zeitgleich eine adiabatische Expansion des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 12 und des Fluides für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13. Die Expansion erfolgt mit einer Geschwindigkeit, die hoch genug ist, um einen zu großen Wärmeaustausch zu vermeiden. Ferner bleiben mindestens für die Verminderung des Wärmeübergangs zwischen dem Fluidraum 12 mit dem Arbeitsfluid 26 und den Fluidräumen mit dem Fluid zur Wärmeübertragung 21 des dritten Zylinders 11 die Verdränger 22 und/oder Isolationshilfen weiterhin in Positionen, die den Wärmeaustauch einschränken. Nach der zeitgleichen adiabatischen Expansion des Arbeitsfluides 26 und des Fluides für den Phasenwechsel 58 wird das Arbeitsfluid 26 nicht weiter expandiert. Das Fluid für den Phasenwechsel 58 wird weiter expandiert, bis dieses einen niedrigeres Temperaturniveau erreicht hat als das Arbeitsfluid 26. Bei der weiteren Expansion des Fluides für den Phasenwechsel 58 erfolgt ein Wärmeaustauch zwischen den Fluid für den Phasenwechsel 58 und dem Arbeitsfluid 26. Ab einem bestimmten niedrigeren Temperaturniveau wird das Fluid für den Phasenwechsel 58 weiter isobar bei einem annähernd gleichen Temperaturniveau expandiert, während das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 annähernd isochor verringert wird. Der Wärmeaustausch wird durch den Einsatz von Strömungshilfen verstärkt, die im Fluidraum 12 und 13 eingesetzt werden, um den Wärmeaustauch zu steuern. Wenn das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 und wenn das Temperaturniveau des Fluides für den Phasenwechsel 58 unterhalb des Temperaturniveaus des Fluides zur Wärmeübertragung ist, zum Beispiel unterhalb des Temperaturniveaus der Umgebung der Vorrichtung, erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid zur Wärmeübertragung 21 und dem Fluid für den Phasenwechsel 58 sowie dem Arbeitsfluid 26. Die Wärmeaustauch erfolgt mit einer Geschwindigkeit, die niedrig genug ist, um einen ausreichend großen Wärmeaustausch zu gewährleisten. Ferner werden mindestens für die Erhöhung des Wärmeübergangs zwischen dem Fluidraum 13 mit dem Fluid für den Phasenwechsel 58 und den Fluidräumen mit dem Fluid zur Wärmeübertragung 21 des dritten Zylinders 11 die Verdränger 22 und/oder Isolationshilfen in Positionen geschoben, die einen möglichst großen Wärmeaustauch ermöglichen. Der Wärmeaustausch wird durch den Einsatz von Strömungshilfen verstärkt, die im Fluidraum 12 und 13 eingesetzt werden, um den Wärmeaustauch zu steuern. Nachdem das Fluid für den Phasenwechsel 58 ausreichend expandiert ist und das vorgesehen Volumen des Fluides für den Phasenwechsel in den gasförmigen Zustand übergegangen ist, werden die Verdränger 22 und/oder die Isolationshilfen wieder in Positionen gefahren, die ein Wärmeaustausch mindestens für die Verminderung des Wärmeübergangs zwischen dem Fluidraum 11 mit dem Fluid für den Phasenwechsel 58 und den Fluidräumen mit dem Fluid zur Wärmeübertragung 21 des dritten Zylinders 11 möglichst weit einschränken. Danach werden das Arbeitsfluid 26 im Fluidraum 12 und das Fluid für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 wieder zeitgleich annähernd adiabatisch komprimiert. Der Vorgang beginnt erneut. Nach der annähernd adiabatischen Komprimierung des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 12 und der zeitgleichen annähernd adiabatischen Komprimierung des Fluides für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 wird das Fluid für den Phasenwechsel 58 wieder weiter komprimiert. Die zweite und letzte Kompression des Fluides für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 erfolgt mit einer Geschwindigkeit und mit einem Wärmeaustausch, die es ermöglichen, dass das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 im Fluidraums 12 weiter isochor erhöht wird, wobei der Unterschied zwischen den Temperaturniveaus beider Fluide während dieser Temperaturniveauerhöhung möglichst gering bleibt. Das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 des Fluidraums 12 ist dabei möglichst weitgehend auf dem Niveau des Temperaturniveaus des Fluides für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13. Daher, beide Fluide 26, 58 des Fluidraumes 12 und 13 weisen ein möglichst vergleichbares Temperaturniveau bei der isochoren Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides 26 des Fluidraums 12 auf. Dies wird aufgrund einer ausreichend niedrigen Geschwindigkeit und durch den Einsatz von Strömungshilfen erreicht. Bei der zweiten letzten Kompression des Fluides für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 für die isochore Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 12 kann ein festgelegter Volumenanteil des Fluides für den Phasenwechsel 58 einen Phasenwechsel aufweisen, daher, es kann kondensieren. Nach der isochoren Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides 26 des Fluidraums 12 erfolgt eine annähernd adiabatische Expansion des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 12. Zeitgleich erfolgt eine annähernd adiabatische Expansion des Fluides für den Phasenwechsel im Fluidraum 13. Der Wärmeaustausch während der Expansion kann durch die zeitgleiche Expansion beider Fluide 26, 58 im Fluidraum 12 und 13 sowie durch die Geschwindigkeit der Kolbenbewegungen 14, 16 und der Strömungshilfen 17, 19 gesteuert werden. Die Geschwindigkeit der Bewegungsausführung der Kolbens 14, 16 kann zum Beispiel höher sein als in anderen Prozessschritten, während die Geschwindigkeit der Strömungshilfen 17, 19 niedriger ist oder die Strömungshilfen 17, 19 angehalten werden. Nach der annähernd adiabatischen Expansion des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 12 wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluid 26 im Fluidraum 12 wieder isochor verringert. Dafür wird das Fluid für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 weiter expandiert. Die Expansion erfolgt mit einer Geschwindigkeit und mit einem Wärmeaustausch, die es ermöglichen, dass das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 des Fluidraums 12 isochor verringert wird. wobei der Unterschied zwischen den Temperaturniveaus beider Fluide 26, 58 während dieser Temperaturniveauverringerung möglichst gering bleibt. Das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 des Fluidraums 12 ist dabei möglichst weitgehend an dem Niveau des Temperaturniveaus des Fluides für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 angepasst. Daher, beide Fluide 26, 58 des Fluidraumes 12 und 13 weisen ein möglichst vergleichbares Temperaturniveau bei der isochoren Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides 26 des Fluidraums 12 auf. Bei der Expansion des Fluides für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 für die isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 12 kann ein festgelegter Volumenanteil des Fluides für den Phasenwechsel 58 einen Phasenwechsel aufweisen, daher, es kann verdampfen. Nach der Expansion des Fluides für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 für die isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluids 26 im Fluidraum 12 wird das Arbeitsfluid 26 des Fluidraums 12 annähernd adiabatisch komprimiert, zeitgleich wird das Fluid für den Phasenwechsel 58 annähernd adiabatisch komprimiert. Eine Wärmeabfuhr oder eine Wärmeaufnahme ist bei der ersten annähernd adiabatischen Kompression des Arbeitsfluides 26 nicht vorgesehen. Der Wärmeaustausch während der ersten annähernd adiabatischen Kompression kann durch die zeitgleiche Kompression beider Fluide 26, 58 im Fluidraum 12 und 13 sowie durch die Geschwindigkeit der Kolbenbewegungen 14, 16 und der Strömungshilfen 17, 19 gesteuert werden. Die Geschwindigkeit der Bewegungsausführungen der Kolben 14, 16 kann zum Beispiel höher sein als bei anderen Prozessschritten, während die Geschwindigkeit der Strömungshilfen 17, 19 niedriger ist. Die erste Kompression des Arbeitsfluides 26 wird gestoppt, wenn das festgelegte Druckniveau für den weiteren Prozessablauf erreicht wurde. Eine weitere Variante des vorstehenden Ablaufes besteht darin, dass die Verdränger 22 und/oder die Isolationshilfen nach der ersten annähernd adiabatischen Kompression des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 12 und des Fluides für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13, nach der beide Fluide 26, 58 ein vergleichbares Temperaturniveau aufweisen, von den Wärmetauscherflächen des Zylinders 10 geschoben werden, damit das Fluid für die Wärmeübertragung 21 an diesen Wärmetauscherflächen vorbeigeführt wird und ein Wärmeaustausch erfolgt. Der Strom des Fluides für die Wärmeübertragung 21, der an die Wärmetauscherflächen geleitet wird, weist an den jeweiligen Stellen des Wärmeaustausches zu den entsprechenden Zeitpunkten, eine möglichst niedrige Temperaturniveaudifferenz zu dem Fluid für den Phasenwechsel 58 auf. Zum Beispiel wird zuerst ein Bereich des Stroms des Fluides für die Wärmeübertragung 21 an den Wärmetauscherflächen vorbeigeführt, der ein möglichst niedriges Temperaturniveau aufweist, wobei dieses Temperaturniveau des Fluides für die Wärmeübertragung 21 immer höher ist als das Temperaturniveau der Fluide 26, 58 in den beiden Fluidräumen 12, 13, wenn nicht vorgesehen ist, dass eine bestimmte Wärmemenge abgeführt wird. Durch den Wärmeaustausch wird das Temperaturniveau des Fluides für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 und das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 12 erhöht. Die verschiedenen Bereiche des Fluides für die Wärmeübertragung 21 weisen ein zunehmend höheres Temperaturniveau auf. Daher, der Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21 weist ein Temperaturniveau auf, dass zum Ende des Stroms 21 immer weiter ansteigt. Der Unterschied zwischen dem Temperaturniveau des jeweiligen Bereiches des Stroms des Fluides zur Wärmeübertragung 21 und dem Temperaturniveau der Fluide 26, 58 in den Fluidräumen 12, 13 ist zum jeweiligen Zeitpunkt, wenn ein Bereich des Stroms des Fluides zur Wärmeübertragung 21 an die Wärmetauscherflächen geführt wird, möglichst gering, um die Verluste durch die Wärmeübertragung möglichst weitgehend zu minimieren, und gleichzeitig ist die Temperaturniveaudifferenz groß genug um innerhalb des festgelegten Zeitraums einen ausreichenden Wärmeaustausch zu ermöglichen. Bei der Nutzung der 2 wird der Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21, der aus der 2 abgeleitet wird, für eine weitere Nutzung des durchschnittlichen Temperaturniveaus bzw. der noch bestehenden oder erzeugten Temperaturniveaudifferenz innerhalb des Strom in eine andere Vorrichtung oder in andere 2 geleitet oder zwischengespeichert. Nach der Ableitung weist der Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21 insgesamt ein niedrigeres Temperaturniveau auf. Das Temperaturniveau des Stroms des Fluides zur Wärmeübertragung 21 ist am Anfang niedriger und nimmt zum Ende immer weiter zu. Die Zunahme des Temperaturniveaus innerhalb des Stroms des Fluides zur Wärmeübertragung 21 ist nach der Ableitung gegeben, weil der Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21 mit einem angepassten Temperaturniveau an den Wärmetauscherflächen geführt wird, daher, weil die jeweilige Temperaturdifferenz zwischen den verschiedenen Bereichen der Fluide 21, 26, 58 nur so groß ist, wie es für einen ausreichend großen Wärmeaustausch innerhalb eines festgelegten Zeitraums erforderlich ist, oder weil ein Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21 das Temperaturniveau der Fluide 26, 58 zunehmend erhöht hat. Der abgeleitete Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21 kann weiter verwertet werden. An der Stelle von einem Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21 können auch mehrere voneinander getrennte Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 in die 2 eingeleitet und wieder abgeführt werden, die sich aufgrund eines anderen durchschnittlichen Temperaturniveaus voneinander unterscheiden, daher, die unterschiedliche Temperaturniveaudifferenzen aufweisen. Die verschiedenen Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 könen durch Isolatoren voneinander getrennt werden. Zum Beispiel ein gasförmiges Fluid, welches eine möglichst geringe Wärmeleitfähigkeit ausweist, oder durch Kugeln, die aus Isolationsmaterialien bestehen. Nach dem Wärmeaustausch zwischen dem Fluid für die Wärmeübertragung 21 und Fluid für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 sowie dem Arbeitsfluid 26 im Fluidraum 12 und der damit verbundenen isochoren Temperaturerhöhung der Fluide 26, 58 in den Fluidräumen 12, 13 werden die Verdränger oder Isolationshilfen wieder vor die Wärmetauscherflächen des Zylinders 10 geschoben und die Zufuhr des Fluides für die Wärmeübertragung 21 wird gestoppt. Bei einem Wärmeaustausch zwischen dem Fluid zur Wärmeübertragung 21 in den Räumen des Zylinders 11 und dem Fluid für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 des Zylinders 10 und des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 12 des Zylinders 9 wird das Temperaturniveau des Fluides für den Phasenwechsel im Fluidraum 13 und das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 12 durch die Temperierung mit dem Fluid zur Wärmeübertragung 21 isochor erhöht. In Abhängigkeit von dem eingesetzten Prozessablauf, und den Umsetzungsmöglichkeiten bei den einzelnen Prozessschritten, die bei dem Einsatz der jeweiligen 2 möglich sind, sowie den Wirkungsgraden bestehen für die Nutzung des Temperaturniveaus des Fluides zur Wärmeübertragung 21 verschiedene Möglichkeiten. Grundsätzlich gibt es über 3 Nutzungsmöglichkeiten. Es kann ein Strom des Fluides zur Wärmeübertragung abgeleitet werden, der ein zunehmendes oder abnehmendes niedrigeres Temperaturniveau aufweist. Daher, es kann Kälte produziert werden. Es kann ein Strom des Fluides zur Wärmeübertragung abgeleitet werden, welcher sich durch ein abnehmendes oder zunehmendes höheres Temperaturniveau auszeichnet. Daher, es wird Wärme abgegeben. Oder es wird ein Strom des Fluides zur Wärmeübertragung abgeführt, der ein durchschnittliches Temperaturniveau aufweist, welches nur geringfügig niedriger ist, als das Temperaturniveau der Umgebung der Vorrichtung. Das bedeutet, dass Arbeit erzeugt wird. Wenn das Temperaturniveau des Fluides für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 und wenn das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 12 nach der adiabatischen Kompression, die für das Fluid für den Phasenwechsel 58 die erste adiabatische Kompression darstellt, unter dem Temperaturniveau der Umgebung der 2 sind, kann das Temperaturniveau des Fluides zur Wärmeübertragung 21 dem Temperaturniveau der Umgebung der 2 entsprechen. Das Tempeaturniveau der Umgebung der 2 beträgt zum Beispiel 0 °C (273,15 K). Das Temperaturniveau der Fluide 26, 58 liegt nach der adiabatischen Kompression der beiden Fluide 26, 58 bei –5 °C (268,15 K). So kann ein Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21 erzeugt werden, der bei der Ableitung aus der 2 eine Temperaturniveaudifferenz von –5 °C (268,15 K) bis 0 °C (273,15 K) aufweisen. Durch die Einleitung eines Stroms des Fluides zur Wärmeübertragung 21 mit 0 °C (273,15 K) wird das Temperaturniveau am Anfang des Stroms des Fluides zur Wärmeübertragung 21 stärker verringert als am Ende des Stroms 21, wenn das zugeleitete Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung so gering ist, dass das Temperaturniveau anpasst werden kann. Es ist naheliegend, dass eine Möglichkeit bevorzugt wird, bei das Temperaturniveau der Umgebung der Vorrichtung genutzt werden kann. Es kann auch ein erhöhtes Temperaturniveau in der Umgebung der 2 genutzt werden, wenn sich dort eine Wärmequelle befindet, die ein Fluid zum Beispiel auf +5 °C (278,15 K) erwärmt. Der Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21 kann dann eine Temperaturniveaudifferenz von –5 °C (268,15 K) bis +5 °C (278,15 K) aufweisen, wobei das Temperaturniveau in der Umgebung der 2 weiterhin 0 °C (273,15 K) beträgt. Dies ist allerdings nur zweckmäßig, wenn verschiedene Prozessabläufe nacheinander durchgeführt werden, die sich entsprechend ergänzen. Bei einigen Kreisläufen wird zum Beispiel Wärme von dem Fluid für den Phasenwechsel 58 und von dem Arbeitsfluid 12 aufgenommen und durch die Volumenveränderung des Arbeitsfluides 26 und des Fluides für den Phasenwechsel 58 wieder abgegeben. Die Wärme, die nicht aufgrund der Volumenänderung bzw. der Zustandsänderungen des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 12 abgegeben wird, kann möglichst weitgehend für die Expansion des Fluides für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 genutzt werden. Der Umfang, mit der diese Wärme wieder für die Expansion des Fluides für den Phasenwechsel 58 genutzt wird, nachdem die adiabatische Expansion des Arbeitsfluides 26 und des Fluides für den Phasenwechsel 58 beendet ist, ist möglichst groß, damit der Aufwand für die Volumenänderung des Fluides für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 möglichst niedrig ist. Der Umfang des Phasenwechsels des Fluides für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 13 kann für die einzelnen Prozessschritte entsprechend der Notwendigkeiten für den Wärmeaustausch festgelegt werden. Die Höhe der Druckniveaudifferenzen, die durch die Kompressionen erzeugt werden, sowie die Zeitpunkte, an denen die Kompressionen innerhalb eines vollständigen Prozessablaufes eingesetzt werden, und die Höhe der genutzten Temperaturniveaudifferenzen werden für den jeweiligen Prozessablauf bestimmt, um den Ablauf für die Erreichung des jeweiligen Prozesszieles zu optimieren. Der Plungerkolben 16 und / oder der Kolben 14 ist mit einer Vorrichtung zur Speicherung der Bewegungsenergie und / oder über eine mechanische Vorrichtung, die die unterschiedlichen Bewegungen ausgleicht, mit weiteren Plungerkolben 16 und / oder Kolben 14 anderer 2 verbunden, damit möglichst wenig Energie für die Verschiebung des Plungerkolbens 16 und / oder Kolbens 14 von außen zugeführt werden muss. Eine bereits erwähnte Möglichkeit besteht darin, dass die 2 bzw. ein abgetrennter Raum, in dem die 2 angeordnet ist, so temperiert wird, dass das Temperaturniveau unter dem Temperaturniveau der Umgebung der Anlage ist. Das Temperaturniveau des teilweise wärmeisolierten Raums, in der sich mindestens eine 2 befindet, kann bei allen Prozessschritten der 2 unter dem Temperaturniveau der Umgebung der Anlage liegen. Wenn in der 2 durch eine Volumenveränderung des Arbeitsfluides im Fluidraum 12 Wärme abgebaut wird, muss diese Wärme wieder nachgeführt werden. Außerdem können innerhalb des teilweise wärmeisolierten Raums, in der die 2 angeordnet ist, zusätzliche Temperaturniveaudifferenzen erzeugt werden, die für die Einleitung in die 2 genutzt werden, falls dies erforderlich ist. Die Wärme, die durch die erzeugten Temperaturniveaudifferenzen geschaffen wird, kann innerhalb des teilweise wärmeisolierten Raums in einer und / oder in mehreren 2 und / oder in weiteren Vorrichtungen, wie zum Beispiel der 4, 5, 10, 14 etc. abgebaut werden. Wenn sich die 2 in einem abgetrennten Raum befindet, muss die Wärme von außerhalb in den teilweise wärmeisolierten Raum eingeführt werden.. Je tiefer das Temperaturniveau des Raumes ist, in das die Wärme eingeführt werden muss, desto mehr Arbeit und/oder Kälte kann erzeugt werden. An den Wärmetauscherflächen des teilweise wärmeisolierten Raums wird nur die Wärmemenge nachgeführt, die innerhalb des Raumes durch Arbeit abgebaut wird. Die Wärmetauscherflächen temperieren dort ein Volumen des Fluides für die Wärmeübertragung, welches ein so geringes Volumen aufweist, dass das Temperaturniveau annähernd auf das tiefere Temperaturniveau des wärmeisolierten Raums abgesenkt wird. Das temperierte Fluid zur Wärmeübertragung wird danach in eine andere Vorrichtung zur Nutzung dieses tieferen Temperaturniveaus eingeleitet. In dieser Vorrichtung wird das tiefere Temperaturniveau des Fluides zur Wärmeübertraung zur Erzeugung von Kälte oder Arbeit verwendet. Die Vorteile der 2 bestehen in der kompakten Bauweise und in dem Umstand, dass das Arbeitsfluid 26 und das Fluid für den Phasenwechsel 58 innerhalb der Fluidräume 12, 13 verbleibt. Aus diesem Grund treten keine Verluste aufgrund der Verschiebung der Fluide 26, 58 auf. Nachteilig ist der Einsatz der 2, weil nur ein Kreislauf des Arbeitsfluides 26 genutzt werden kann, und nicht mehrere Kreisläufe hintereinander angeordnet werden, um eine bestehende Temperaturniveaudifferenz zu nutzen, wie das zum Beispiel mit der 4, 10 möglich ist und mit der 14 dargestellt wird. Außerdem besteht eine Voraussetzung für einen ausreichenden Wirkungsgrad der 2 darin, dass die Wärmetauscher eine möglichst geringe Wärmespeicherfähigkeit und eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Ferner muss die Isolationswirkung der Materialien, die nicht für einen Wärmeaustausch vorgesehen sind, ausreichend hoch sein. Zudem müssen die Strömungshilfen und/oder die Verdränger und/oder die Isolationshilfen einen ausreichend hohen Wirkungsgrad aufweisen und/oder die Geschwindigkeiten für die Bewegung der Bestandteile und für den Wärmeaustausch entsprechend angepasst werden. Falls dies bei der jeweiligen Vorrichtung und/oder Umsetzung der 2 nicht berücksichtigt werden kann, und/oder die Verluste durch die Wärmewärmeübertragung innerhalb der unterschiedlichen Prozessschritte zu groß sind und/oder wenn die Nutzung der Temperaturniveaudifferenz unter anderem im Fluidraum 12 durch das Arbeitsfluid 26 in der 2 nicht im erforderlichen Umfang umgesetzt werden kann, daher, wenn der Wirkungsgrad zu niedrig ist, müssen an der Stelle der 2 (und der 3) entsprechende Varianten in Betracht gezogen werden. Weitere Möglichkeiten bestehen mit der Nutzung der folgenden Fig.
Die 3 zeigt einen Querschnitt der 2 aus dem oberen Bereich und einen Querschnitt aus dem Bereich, an dem der dritte äußere Zylinder 11 um den zweiten äußeren Zylinder 10 angeordnet ist. Es handelt sich um eine schematische Zeichnung. In der Mitte befindet sich der Kolben 14 oder Plungerkolben 14 im inneren Zylinder 9. Der innere Zylinder 9 ist innerhalb des äußeren zweiten Zylinders 10 angeordnet. Im äußeren zweiten Zylinder 10 befindet sich der Plungerkolben 16. Im obersten Bereich stellt die Zylinderwand 10 eine wärmeisolierte und stabilisierende Außenwand der 2 dar. Die untere Darstellung der 3 zeigt die Strömungshilfe 17 im inneren Zylinder 9 und die Strömungshilfe 19 im äußeren Zylinder 10. Diese werden durch die Kreise mit den gestrichelten Linien angedeutet. An dem Zylinder 10 sind die Wärmetauscherflächen und die Verdränger für das Fluid zur Wärmeübertragung angeordnet, das zwischen dem äußeren zweiten Zylinder 10 und dem äußeren dritten Zylinder 11 eingeleitet wird. In der unteren Darstellung der 3 stellt die äußere dritte Zylinderwand 11 eine wärmeisolierte und stabilisierende Außenwand dar. Die Volumen und Größen der Zylinder 9, 10, 11 Kolben 14, 16 und der weiteren Bestandteile, zum Beispiel der Strömungshilfen 17, 19, können für die jeweilige Fig. unterschiedlich sein. Die Größe des Volumens der Zylinders 9, 10 und die Größenverhältnisse der Zylinder 9, 10 sind unter anderem von dem durchschnittlichen Druckniveau der Fluide in den Zylindern 9, 10 abhängig. Wenn im Zylinder 10 ein Fluid für den Phasenwechsel eingesetzt wird, wird auch der Umfang des vorgesehenen Phasenwechsels bei der Festlegung der Größe der Zylinders 9, 10 berücksichtigt.
Die 4 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen, die in zwei wärmeisolierte Fluidräume 24, 25 unterteilt ist, die zwei unterschiedliche Druckniveaus aufweisen, die möglichst weitgehend konstant gehalten werden, und in denen die Temperierung des Arbeitsfluides 26 durch Wärmetauscher 27 im Gegenstromverfahren möglich ist. Das Arbeitsfluid 26 wird durch einen Kolben mit der Kolbenstange 28 in einem separaten Kolbenraum, der in oder an dem Fluidraum 24 oder 25 angeordnet ist, komprimiert. Außerdem wird das Arbeitsfluid 26 durch einen Kolben mit der Kolbenstange 29 in einem weiteren separaten Kolbenraum, der in oder an dem Fluidraum 24 oder 25 angeordnet ist, expandiert. Nach einer Komprimierung des Arbeitsfluides 26 im unteren Kolbenraum mit dem Kolben 28 wird das Arbeitsfluid in den Fluidraum 25 eingeführt, der links eingezeichnet ist. In diesem Fluidraum 25 kann eine isobare und/oder isochore Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides 26 umgesetzt werden. Nach der Erhöhung des Temperaturniveaus wird das Arbeitsfluid 26 in den oberen Kolbenraum mit den Kolben 29 eingeleitet. In diesem Kolbenraum wird das Arbeitsfluid 26 expandiert. Danach wird das Arbeitsfluid 26 in den Fluidraum 24 eingeführt, der rechts eingezeichnet ist. In diesem Fluidraum 24 kann eine isochore und/oder eine isobare Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides 26 durchgeführt werden. An der Begrenzungen des Fluidraums 24 ist ein wärmeisolierter Kolben mit der Kolbenstange 31 und an der Begrenzung des Fluidraums 25 ist ein wärmeisolierter Kolben mit der Kolbenstange 30 angeordnet. Diese beiden wärmeisolierten Kolben 30, 31 können für die Einstellung des Druckniveaus des Arbeitsfluides 26 und/oder für eine zusätzliche Nutzung einer Druckniveauänderung des Arbeitsfluides 26 und/oder für den Ausgleich einer Volumenveränderung des Arbeitsfluides 26 eingesetzt werden. Durch den Einsatz der Kolben 30, 31 kann eine isobare Erhöhung oder Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides 26 gewährleistet werden, ohne dass weitere Aufwendungen erforderlich sind. Auf diese Weise kann unabhängig von anderen Vorrichtungen und Abläufen ein gleichbleibendes Druckniveau sichergestellt werden, zum Beispiel um eine Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 25 zu gewährleisten, die vollständig isobar erfolgt, falls diese Form der Temperierung vorgesehen ist. Falls eine isochore Verringerung oder Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides 26 in einem der Fluidräume 24, 25 umgesetzt werden soll, werden die Kolben 30, 31 für den Ausgleich der Volumenveränderung des Arbeitsfluides 26 eingesetzt, damit das Volumen des jeweiligen Fluidraums 24, 25, in dem die annähernd isochore Temperaturveränderung des Arbeitsfluides 26 durchgeführt wird, möglichst weitgehend konstant bleibt. Außerdem kann mit Hilfe der Kolben 30, 31 das Druckniveau des Arbeitsfluides 26 in den Fluidräumen 24, 25 eingestellt werden, indem die Ausgangsstellungen der Kolben 30, 31 innerhalb des jeweiligen Kolbenraums nach unten oder oben verschoben werden bzw. indem das Gewicht der Kolben erhöht oder verringert wird. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass an den Begrenzungen der wärmeisolierten Fluidräume 24, 25 wärmeisolierte Kolben 32, 33, 34, 35 angeordnet werden, die zu den Fluidräumen 24, 25 eine möglichst große Fläche aufweisen. Die Kolben 32, 33, 34, 35 verschieben das Arbeitsfluid 26 innerhalb der Fluidräume 24, 25, um die Bewegungen des Arbeitsfluides 26 innerhalb der Fluidräume 24, 25 und/oder um den Wärmeaustausch des Arbeitsfluides 26 an den Wärmetauschern zu optimieren, falls dies erforderlich ist. Es handelt sich um eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die insgesamt mit 23 bezeichnet wird. Der Kolben mit der Kolbenstange 28 im Folgenden als Kolben 28 bezeichnet, komprimiert das Arbeitsfluid 26 im unteren Bereich der 4, an einer Stelle, an der das Arbeitsfluid 26 das niedrigste Temperaturniveau aufweist. Für die Kompression wird das Arbeitsfluid 26 in einen separaten Kolbenraum geleitet, in dem sich der Kolben 28 befindet. Der Kolben 28 und der Kolbenraum, in dem sich der Kolben 28 befindet, sind wärmeisoliert und weisen eine möglichst geringe Wärmespeicherfähigkeit auf. Der Kolben 28 komprimiert das Arbeitsfluid 26 des Fluidraums 24 und schiebt es nach der Kompression in den Fluidraum 25. Im Fluidraum 25 wird das Arbeitsfluid an den Wärmetauschern 27 vorbeigeleitet, um das Arbeitsfluid 26 zu temperieren. Das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 kann im Fluidraum 25 durch den Wärmeaustausch an den Wärmetauschern 27 im Gegenstromverfahren erhöht werden. Die Wärmetauscher 27 weisen einen Aufbau auf, der die Wärmeweiterleitung innerhalb der Wärmetauscher 27 möglichst weitgehend vermeidet. Ferner wird die Wärmeweiterleitung innerhalb des Fluides zur Wärmeübertragung 21 und des Arbeitsfluides 26 berücksichtigt. Die Wärmeweiterleitung ist für den jeweiligen Temperaturbereich nur innerhalb der dafür festgelegeten Temperaturstufe vorgesehen. Dafür weisen die Wärmetauscher 27 Schichten auf, die aus Materialien mit einer möglichst hohen Wärmeleitfähigkeit bestehen. Diese Schichten werden durch Isolatoren voneinander getrennt, die aus Materialien mit einer möglichst geringen Wärmeleitfähigkeit und einer möglichst geringen Wärmespeicherfähigkeit bestehen. Die Isolatoren weisen für die Isolierung eine ausreichende Höhe auf und können die Wärmeleiter an beiden Seiten geringfügig überlappen. Ein Wärmetauscher 27 besteht aus einer hohen Anzahl an Schichten mit Wärmeleitern, die die Wärme weiterleiten. Zwischen diesen Schichten befinden sich Isolatoren. Das durchschnittliche Temperaturniveau der verschiedenen Schichten mit Wärmeleitern nimmt nach oben hin zu. Die Temperierung des Arbeitsfluides 26 erfolgt im Gegenstromverfahren, daher, dass Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 steigt nach oben immer weiter an, während das Temperaturniveau des Fluides zur Wärmeübertragung 21, dass sich auf der anderen Seite der Wärmetauscher befindet, nach unten hin immer weiter verringert wird. Das Volumen des Arbeitsfluides 26 vergrößert sich, wenn das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 annähernd isobar erhöht wird. Dieser Umstand wird dadurch berücksichtigt, dass der Fluidraum 25 eine Form aufweist, die an die Volumenausdehnung des Arbeitsfluides 26 angepasst ist. Das Volumen des Fluidraums 25 wird nach oben hin größer. Außerdem nimmt die Anzahl der Kammern bzw. der Wärmetauscher für die Wärmeübertragung nach oben hin zu. Die Wärmetauscher 27 weisen eine hohe Anzahl von Wärmeleitern auf, die durch Isolatoren voneinander getrennt sind und die nach oben hin ein höheres Temperaturniveau aufweisen. Das Fluid zur Wärmeübertragung 21 wird durch wärmeisolierten Leitungen 37 in die Wärmetauscher 27 eingeführt und nach dem Wärmeaustausch durch die wärmeisolierten Leitungen 37 wieder aus der Vorrichtung abgeleitet. Es besteht die Möglichkeit, dass für verschiedene Temperaturniveaubereiche der Wärmetauscher 27 getrennte wärmeisolierte Zu- und Ableitungen für das Fluid zur Wärmeübertragung 21 an der Vorrichtung angeordnet werden. Für unterschiedliche Temperaturniveaubereich der Wärmetauscher 27 werden dann die jeweiligen Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 in die Wärmetauscher 27 eingeführt, die für den jeweiligen Bereich der Temperaturniveaudifferenzen das entsprechende Temperaturniveau aufweisen. Aufgrund der Anordnung von mehreren getrennt geführten wärmeisolierten Zu- und Ableitungen 37 für unterschiedliche Temperaturniveaubereiche können verschiedene Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 in die Wärmetauscher 27 eingeführt und nach einem Wärmeaustausch wieder abgeleitet werden. Diese getrennt geführten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 können sich aufgrund eines anderen durchschnittlichen Temperaturniveaus voneinander unterscheiden. Wenn vorgesehen ist, dass für den Wärmeaustausch mit dem Arbeitsfluid 26 nur ein Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21 eingesetzt wird, der für die gesamte Temperaturniveaudifferenz der Wärmetauscher 27 genutzt wird, ist nur eine wärmeisolierte Zuleitung 37 und eine wärmeisolierte Ableitung 37 zu den Wärmetauschern 27 erforderlich. Außerdem kann durch eine entsprechende Vorrichtung die Geschwindigkeit gesteuert werden, mit der ein Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21 oder mit der die unterschiedlichen Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 durch die Wärmetauscher 27 geführt werden. Die verschiedenen Ströme des Fluides 21 können auch mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit durch die Wärmetauscher geführt werden, wenn der Einsatz von verschiedenen Strömen des Fluides zur Wärmeübertragung 21 vorgesehen ist. Um den Aufwand zu minieren, besteht auch die Möglichkeit, dass ein Strom mit einem Fluid zur Wärmeübertragung 21 von oben über eine wärmeisolierte Zuleitung 37 in die Wärmetauscher eingeführt wird und unten über eine wärmeisolierte Ableitung 37 wieder aus den Wärmetauschern und der Vorrichtung abgeleitet wird. Das zwei unterschiedlichen Druckniveaus in den Fluidräumen 24, 25 können annähernd konstant gehalten werden, insbesondere wenn in einem oder beiden der Fluidräume 24, 25 eine isobare Temperaturveränderung des Arbeitsfluides 26 vorgesehen ist. Aus diesem Grund besteht die Möglichkeit, dass das Fluid zur Wärmeübertragung 21 mit einem angepassten Druckniveau in die Wärmetauscher 27 geleitet wird. Das Druckniveau des Fluides zur Wärmeübertragung 21 kann weitgehend dem Druckniveau des Arbeitsfluides 26 entsprechen, insbesondere, wenn als Fluid zur Wärmeübertragung 21 ein Fluid eingesetzt wird, welches kaum komprimierbar ist. Wenn mehrere 4 aneinander geordnet sind und auf beiden Seiten der Wärmetauscher 27 das Arbeitsfluid 26 einer 4 im Gegenstromverfahren vorbeigeführt wird, kann bei der Festlegung der Aufbauten für die Wärmetauscher 27 eine bestimmte Druckniveaudifferenz berücksichtigt werden. Wenn sich auf beiden Seiten der Wärmetauscher 27 Fluide mit einem vergleichbaren Druckniveau befinden, daher, wenn das Arbeitsfluid 26 ein vergleichbares Druckniveau wie das Fluid zur Wärmeübertragung 21 aufweist, können die Wärmetauscherflächen eine entsprechend geringe Dicke aufweisen. Aus diesem Grund wird die Wärmeleitfähigkeit maximiert, während die Wärmespeicherfähigkeit der Wärmetauscher 27 minimiert wird. An den Begrenzungen des Fluidraums 25 können möglichst großflächige wärmeisolierte Kolben 34, 35 angeordnet werden. Diese Kolben 34, 35 unterstützen die Strömungsbewegungen des Arbeitsfluides 26 innerhalb der Wärmetauscher 27 im Fluidraum 25, falls dies notwendig ist. Ein Kolben 34 ist der oberen Begrenzung des Fluidraums 25 angeordnet und anderer Kolben 35 befindet sich gegenüber diesem Kolbens 34 an der unteren Begrenzung des Fluidraums 25. Die Kolben 34 und 35 sind mit einer hydraulischen oder mechanischen Vorrichtung miteinander verbunden, so dass an jedem Kolben 34, 35 das gleiche Druckniveau anliegt. Außerdem befinden sich die Kolben 34, 35 in einem gemeinsamen Fluidraum 39, damit die Dichtungen der Kolben 34, 35 keine hohen Druckunterschiede ausgleichen müssen und die Reibungen der Kolben 34, 35 möglichst weitgehend minimiert werden. Der gemeinsame Fluidraum 39 kann in einen Bereich für den Fluidraum 24 und in einem Bereich für den Fluidraum 25 unterteilt werden. In den getrennten Fluidräumen ist das Druckniveau an das Druckniveau des jeweiligen Fluidraums angepasst. Wenn der obere Kolben 34 für eine bestimmte Streckenlänge in den Fluidraum 25 gefahren wird, wird der untere Kolben 35 um die gleiche Streckenlänge aus dem Fluidraum 25 geschoben und umgekehrt. Dies geschieht mit einem möglichst weitgehend minimierten Aufwand. Außerdem sind die Flächen der wärmeisolierten Kolben 34, 35, die einen Teil der oberen und unteren Begrenzung des Fluidraums 25 darstellen, möglichst groß, damit bei den Bewegungen der Kolben 34, 35 ein möglichst großes Volumen des Arbeitsfluides 26 erfasst wird. Durch die Verschiebung der Kolben 34, 35 wird das Arbeitsfluid 26 im Fluidraum 25 bewegt. Aufgrund der Möglichkeit, dass Arbeitsfluid 26 im Fluidraum 25 zu bewegen, kann das Arbeitsfluid 26 innerhalb eines festgelegten Zeitraums an den dafür vorgesehenen Wärmetauschern vorbeigeführt werden. Aufgrund dieser Verschiebung besteht zum Beispiel die Möglichkeit, die Kolbenbewegungen und die Volumenzufuhr oder die Volumenableitung auszugleichen. Es ist vorgesehen, dass die Verschiebung der Kolben 32, 33, 34, 35 in den Fluidräumen 24, 25 möglichst weitgehend vermieden wird. Der Fluidraum 25 und die Wärmetauscher 27 weisen ein Volumen auf, dass bei einer entsprechend angepassten Größe des Volumenaustausches und einer entsprechend festgelegten Höhe der Temperaturniveaudifferenz für eine vollständige Temperierung des Arbeitsfluides 26 innerhalb des vorgegebenen Zeitraums ausreicht, ohne dass eine Bewegung der Kolben 34, 35 erforderlich ist. Die Kolben 34, 35 sind in diesem Fall für den Aufbau der 4 nicht notwendig. Das Druckniveau des Arbeitsfluides 26 in den Fluidräumen 24, 25 kann verändert werden. Wenn die Ausgangsstellung eines Kolbens 30 oder 31 weiter in die Richtung eines Fluidraums 25 oder 24 verschoben wird, erhöht sich das Druckniveau und wenn der Kolben 30 oder 31 weiter nach außen geschoben wird, verringert sich das Druckniveau des Arbeitsfluides 26. Außerdem ist an jedem Fluidraum 24, 25 eine Leitung 38 für die Zuführung und Ableitung des Arbeitsfluides 26 angeordnet. Aufgrund der Anordnung von einem oder mehreren Leitungen 38 an jedem der beiden Fluidräume 24, 25 kann das Druckniveau des Arbeitsfluides 26 eingestellt werden und/oder das Arbeitsfluid 26 kann ausgewechselt werden, falls dies erforderlich ist. Im obersten Bereich des Fluidraums 25 wird das Arbeitsfluid 26 mit einem möglichst hohen Temperaturniveau aus dem Fluidraum 25 abgeführt. Das Arbeitsfluid 26 wird in einen Zylinderraum eingeführt. In diesem separaten Zylinderraum befindet sich der Kolben mit der Kolbenstange 29, im Folgenden nur noch Kolben 29 genannt. Der Zylinderraum mit dem Kolben 29 wird in der Darstellung der 4 in oder am Fluidraum 24 angeordnet. Im Fluidraum 24 ist das Druckniveau des Arbeitsfluides niedriger als im Fluidraum 25. Wenn das Arbeitsfluid 26 in den Zylinderraum mit dem Kolben 29 geleitet wird, wird der Kolben 29 nach außen in den Fluidraum 24 gedrückt. Bei der isobaren Ausdehnung des Arbeitsfluides 26 wird die Druckniveaudifferenz zwischen dem höheren Druckniveau des Fluidraums 25 und dem niedrigeren Druckniveau des Fluidraums 24 genutzt. Dabei wird der Kolben 29 in den Fluidraum 24 gedrückt, wenn das Arbeitsfluid 26 aus dem Fluidraum 25 in den Zylinderraum des Kolbens 29 geleitet wird. Wenn der obere Kolben 29 in den Fluidraum 24 gedrückt wird, und diese Volumenbewegung nicht durch den unteren Kolben 28 ausgeglichen werden kann, der zum Beispiel innerhalb des gleichen Zeitraums in die Richtung des Fluidraums 25 aus dem Fluidraum 24 hinausgefahren wird, wird der Kolben 31 aus dem Fluidraum 24 hinausgefahren, um die Volumenverringerung für den Fluidraum 24 auszugleichen, damit das Volumen dieses Fluidraums 24 möglichst konstant bleibt. Wenn der Kolben 29 zurückgefahren wird, wird der Kolben 31 wieder in den Fluidraum 24 geschoben, um die Volumenveränderung auszugleichen. Für die Nutzung des Druckniveauunterschiedes zwischen den beiden Fluidräumen 24, 25 bei einer annähernd isobaren Ausdehnung des Arbeitsfluides 26, besteht zum Beispiel die Möglichkeit, dass durch eine Kraftübertragung durch Kolbenstangen und/oder einer hydraulischen Vorrichtung ein annähernd nicht komprimierbares Fluid in einen Druckbehälter geschoben wird, der ein Druckniveau aufweist, welches mit dem Druckniveau des Fluidraumes 25 vergleichbar ist, oder dass ein entsprechend schweres Gewicht verschoben wird. Diese Verschiebung wird genutzt, wenn die Kraftübertragung mit der annähernd isobaren Verschiebung des Kolbens 29 beendet ist, weil der Kolben 29 für eine festgelegte Strecke aus dem Zylinder geschoben wurde. Wenn die isobare Volumenausdehnung des Arbeitsfluides 26 im Zylinderraum des Kolbens 29 beendet ist, daher, wenn der Kolben 29 aus dem Zylinder geschoben wurde, werden die Ventile und / oder Schieber des Zylinderraums mit dem Kolben 29 geschlossen. Nach der Schließung des Zylinderraums erfolgt die annähernd adiabatische Expansion des Arbeitsfluides 26. Diese kann ebenfalls für die Gewinnung von Arbeit genutzt werden. Der Kolben 29 und der Zylinderraum, in dem der Kolben 29 angeordnet ist, sowie die weiteren Bestandteile dieses Zylinderraums, weisen eine möglichst große Wärmeisolation und eine möglichst geringe Wärmespeicherfähigkeit auf. Nach der Expansion des Arbeitsfluides 26 wird das expandierte Arbeitsfluid 26 in den Fluidraum 24 eingeführt. Der Kolben 29 wird dafür in den Zylinderraum geschoben. Nach der Verschiebung des Arbeitsfluides 26 werden die Ventile und/oder Schieber des Zylinderraums mit dem Kolben 29 wieder geschlossen. Das expandierte Arbeitsfluid befindet sich nach der Verschiebung im Fluidraum 24. Der untere Bereich des Fluidraums 24 weist einen Druckniveauausgleichsbereich 40 auf. Der untere Druckniveauausgleichsbereich 40 des Fluidraums 24 umfasst das größte Volumen des Fluidraums 24. In diesem Bereich 40 wird das Volumen des Arbeitsfluides 26 gesammelt, welches das niedrigste Temperaturniveau aufweist. Der wärmeisolierte Druckniveauausgleichsbereich 40 des Fluidraums 24 dient zur Sicherstellung eines möglichst niedrigen Druckniveaus sowie möglichst niedriger Druckniveauveränderungen im Fluidraum 24. Innerhalb des wärmeisolierten Druckniveauausgleichsbereiches 40 erfolgt kein Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsfluid 26 und dem Fluid zur Wärmeübertragung 21, weil das Arbeitsfluid 26 in diesem Bereich das niedrigste Temperaturniveau aufweist. Das Volumen des Druckniveauausgleichsbereiches 40 im Fluidraum 24 ist so groß, dass bei der festgelegten Größe der Volumen des Arbeitsfluides 26, die zu- und abgeführten werden, und bei der vorgegebenen Höhe des genutzten Temperaturniveaudifferenz, sowie der festgelegten Größe der Wärmetauscherflächen 27 und der Geschwindigkeit des Wärmeaustausches, permanent ein möglichst niedriges Druckniveau im Fluidraum 24 sichergestellt wird, welches möglichst geringfügige Druckniveauunterschiede aufweist. Daher, die Größe des ausgetauschten Volumen des Arbeitsfluides ist innerhalb eines Zeitraumes so gering und die Flächen der Wärmetauscher und das Volumen des Fluidraums 24 ist so groß, dass möglichst geringfüge Druckniveauschwankungen im Fluidraum 24 auftreten. Es ist vorgesehen, dass im Fluidraum 24 eine annähernd isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides 26 erfolgt. Aus diesem Grund können geringfügige Druckniveauunterschiede im Fluidraum 24 auftreten. Das weitaus größte Volumen des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 24 weist ein möglichst niedriges Temperaturniveau auf. Der Fluidraum 24 unterscheidet sich vom Fluidraum 25 unter anderem aufgrund der Positionierung des Druckniveauausgleichsbereiches 40 und der anderen Form, die die isochore Temperaturverringerung des Arbeitsfluides 26 berücksichtigt. Es besteht die Möglichkeit, dass der obere Bereich des Fluidraums 25 ebenfalls einen Druckniveauausgleichsbereich 40 aufweist. Der obere Druckniveauausgleichsbereich 40 des Fluidraums 25 kann das größte Volumen des Fluidraums 25 umfassen. In diesem Bereich 40 des Fluidraums 25 wird das Volumen des Arbeitsfluides 26 gesammelt, welches das höchste Temperaturniveau aufweist. Innerhalb des wärmeisolierten Druckniveauausgleichsbereiches 40 erfolgt kein Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsfluid 26 und dem Fluid zur Wärmeübertragung 21, weil das Arbeitsfluid 26 in diesem Bereich das höchste Temperaturniveau aufweist. Das Volumen des Druckniveauausgleichsbereiches 40 im Fluidraum 25 ist so groß, dass bei der festgelegten Größe der Volumen des Arbeitsfluides 26, die zu- und abgeführten werden, und bei der vorgegebenen Höhe des genutzten Temperaturniveaudifferenz, sowie der festgelegten Größe der Wärmetauscherflächen 27 und der Geschwindigkeit des Wärmeaustausches, permanent ein möglichst hohes Druckniveau im Fluidraum 25 sichergestellt wird, welches möglichst geringfügige Druckniveauunterschiede aufweist. Daher, die Größe des ausgetauschten Volumen des Arbeitsfluides ist innerhalb eines Zeitraumes so gering und die Flächen der Wärmetauscher und das Volumen des Fluidraums 25 ist so groß, dass möglichst geringfüge Druckniveauschwankungen im Fluidraum 24 auftreten. Es folgt noch einmal eine Erläuterung der Wärmetauscher 27, die auch im Fluidraum 24 eingesetzt werden. Im Fluidraum 24 wird das Arbeitsfluid 26 an den Wärmetauschern 27 vorbeigeleitet, um das Arbeitsfluid 26 zu temperieren. Das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 wird im Fluidraum 24 durch den Wärmeaustausch an den Wärmetauschern 27 im Gegenstromverfahren isochor verringert. Die Wärmetauscher 27 weisen einen Aufbau auf, der die Wärmeweiterleitung innerhalb der Wärmetauscher 27 möglichst weitgehend vermeidet. Ferner wird die Wärmeweiterleitung innerhalb des Fluides zur Wärmeübertragung und des Arbeitsfluides 26 berücksichtigt. Die Wärmeweiterleitung ist für den jeweiligen Temperaturbereich nur innerhalb der dafür festgelegten Temperaturstufe vorgesehen. Dafür weisen die Wärmetauscher 27 Schichten auf, die aus Materialien mit einer möglichst hohen Wärmeleitfähigkeit bestehen. Diese Schichten werden durch Isolatoren voneinander getrennt, die aus Materialien mit einer möglichst geringen Wärmeleitfähigkeit und einer möglichst geringen Wärmespeicherfähigkeit bestehen. Die Isolatoren weisen für die Isolierung eine ausreichende Höhe auf und können die Wärmeleiter an beiden Seiten geringfügig überlappen. Ein Wärmetauscher 27 besteht aus einer hohen Anzahl an Schichten mit Wärmeleitern, die die Wärme weiterleiten. Zwischen diesen Schichten befinden sich Isolatoren. Das durchschnittliche Temperaturniveau der verschiedenen Schichten mit Wärmeleitern nimmt im Fluidraum 24 nach unten hin ab. Die Temperierung des Arbeitsfluides 26 erfolgt im Gegenstromverfahren, daher, dass Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 sinkt nach unten immer weiter ab, während das Temperaturniveau des Fluides zur Wärmeübertragung 21, dass sich auf der anderen Seite der Wärmetauscher befindet, im Fluidraum 24 nach oben hin immer weiter erhöht wird. Das Volumen des Arbeitsfluides 26 verändert sich nicht, wenn das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 isochor verringert wird. Dieser Umstand wird dadurch berücksichtigt, dass der Fluidraum 24 eine Form aufweist, die an diese Vorgabe des gleichbleibenden Volumens des Arbeitsfluides 26 angepasst ist. Das Fluid zur Wärmeübertragung 21 wird durch wärmeisolierten Leitungen 37 in die Wärmetauscher 27 eingeführt und nach dem Wärmeaustausch durch die wärmeisolierten Leitungen 37 wieder aus der Vorrichtung abgeleitet. Es besteht die Möglichkeit, dass für verschiedene Temperaturniveaubereiche der Wärmetauscher 27 getrennte wärmeisolierte Zu- und Ableitungen 37 für das Fluid zur Wärmeübertragung 21 an der Vorrichtung angeordnet werden. Für unterschiedliche Temperaturniveaubereich der Wärmetauscher 27 werden dann die jeweiligen Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 in die Wärmetauscher 27 eingeführt, die für den jeweiligen Bereich mit einer bestimmten Temperaturniveaudifferenz das entsprechende Temperaturniveau aufweisen. Aufgrund der Anordnung von mehreren wärmeisolierten Zu- und Ableitungen 37 für unterschiedliche Temperaturniveaubereiche können verschiedene Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 in die Wärmetauscher 27 eingeführt und nach einem Wärmeaustausch wieder abgeleitet werden, die sich aufgrund eines anderen durchschnittlichen Temperaturniveaus voneinander unterscheiden. Wenn vorgesehen ist, dass für den Wärmeaustausch mit dem Arbeitsfluid 26 nur ein Strom des Fluides zur Wärmeübertragung eingesetzt wird, der für die gesamte Temperaturniveaudifferenz der Wärmetauscher 27 genutzt wird, ist nur eine wärmeisolierte Zuleitung 37 und eine wärmeisolierte Ableitung 37 zu den Wärmetauschern 27 im Fluidraum 24 erforderlich. Außerdem kann durch eine entsprechende Vorrichtung die Geschwindigkeit gesteuert werden, mit der ein Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21 oder mit der die unterschiedlichen Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 durch die Wärmetauscher 27 geführt werden. Die verschiedenen Ströme des Fluides 21 können auch mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit durch die Wärmetauscher geführt werden, wenn der Einsatz von verschiedenen Strömen des Fluides zur Wärmeübertragung 21 vorgesehen ist. Um den Aufwand zu minieren, besteht auch die Möglichkeit, dass ein Strom mit einem Fluid zur Wärmeübertragung 21 mit einer Geschwindigkeit, die an den festgelegten Wärmeaustausch angepasst ist, oben über eine wärmeisolierte Zuleitung 37 in die Wärmetauscher eingeführt wird und unten über eine wärmeisolierte Ableitung 37 wieder aus den Wärmetauschern und der Vorrichtung abgeleitet wird. Das Druckniveau im Fluidraum 24 weist nur geringfügige Druckniveauänderungen auf. Aus diesem Grund wird das Fluid zur Wärmeübertragung 21 mit einem angepassten Druckniveau in die Wärmetauscher 27 eingeführt. Die Möglichkeiten und Vorteile sind vorstehend beschrieben. Ferner besteht die Möglichkeit, dass in den Wärmetauschern 27 das Arbeitsfluid einer anderen 4 für einen Wärmeaustausch genutzt wird. Das Fluid zur Wärmeübertragung, das im Fluidraum 24 durch die Wärmetauscher 27 geführt wird, um das Arbeitsfluid 26 im Gegenstromverfahren zu temperieren kann aus einem Arbeitsfluid des Fluidraums 25 einer anderen 4 bestehen. Das Arbeitsfluid einer anderen 4 kann für einen bestimmten Teilbereich der Wärmetauscher 27 genutzt werden, zum Beispiel für den oberen oder den unteren Temperaturniveaubereich der Wärmetauscher, während für die übrigen Bereiche der Wärmetauscher 27, die andere Temperaturniveaudifferenzen aufweisen, andere Fluide zur Wärmeübertragung verwendet werden, die separat geführt werden, oder das Arbeitsfluid einer anderen 4 wird für den gesamten Temperaturniveaubereich der Wärmetauscher 27 genutzt. Aufgrund der Möglichkeit, dass das Fluid zur Wärmeübertragung 21, das für einen Wärmeaustausch mit dem Arbeitsfluid 26 in die Wärmetauscher 27 geleitet wird, aus dem Arbeitsfluid einer anderen 4 bestehen kann, können mehrere 4 direkt aneinander angeordnet werden, wobei die Verluste durch die Wärmeübertragung weitgehend minimiert werden. Aus diesem Grund kann der Wirkungsgrad von mehreren 4, die miteinander verbunden sind, addiert werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das an der Stelle des Fluides zur Wärmeübertragung 21 in einigen Bereichen der 4 ein Fluid für den Phasenwechsel eingesetzt wird. Das Fluid für den Phasenwechsel wird in die Wärmetauscher 27 für einen Wärmeaustausch mit dem Arbeitsfluid 26 eingeführt. Im Fluidraum 24 kann das Fluid für den Phasenwechsel in den Wärmetauschern 27 innerhalb des jeweiligen Temperaturniveaubereiches verdampfen und im Fluidraum 25 kann das Fluid für den Phasenwechsel in den Wärmetauschern 27 innerhalb der festgelegten Temperaturniveaubereiche wieder kondensieren. Dabei besteht die Möglichkeit, dass für bestimmte Temperaturniveaubereiche der Wärmetauscher 27 ein anderes Fluid für den Phasenwechsel und/oder ein anderes Fluid zur Wärmeübertragung 21 und/oder ein anderer Bereich oder Strom des Fluides für den Phasenwechsel und/oder ein anderer Bereich oder Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21 verwendet wird, oder dass für die gesamte Temperaturniveaudifferenz im Fluidraum 24 und/oder 25 ein Fluid für den Phasenwechsel in die Wärmetauscher 27 geleitet wird. Es ist vorgesehen, dass die Verschiebung der Kolben 32, 33 im Fluidraum 24 möglichst weitgehend vermieden wird. Der Fluidraum 24 und die Wärmetauscher 27 weisen ein Volumen auf, dass bei einer entsprechend angepassten Größe des Volumenaustausches und einer entsprechend festgelegten Höhe der Temperaturniveaudifferenz für eine möglichst vollständige Temperierung des Arbeitsfluides 26 ausreicht, ohne dass eine Bewegung der Kolben 32, 33 erforderlich ist. Die Kolben 32, 33 sind in diesem Fall für den Aufbau der 4 nicht erforderlich. Im untersten Bereich des Fluidraums 24 wird das Arbeitsfluid 26 mit einem möglichst niedrigen Temperaturniveau wieder in den separaten Zylinderraum mit dem Kolben 28 eingeleitet. Wenn der Kolben 28 in die äußerste Position geschoben wurde, werden die Ventile und / oder Schieber des Zylinderraums mit dem Kolben 28 geschlossen. Anschließend erfolgt die Kompression des Arbeitsfluides 26 im Zylinderraum mit dem Kolben 28. Wenn der untere Kolben 28 aus dem separaten Zylinderraum nach außen gefahren wird, wird der obere Kolben 29 sowie der Volumenausgleichskolben 31 in den separaten Zylinderraum eingeführt. Die Kolbenbewegungen des unteren Kolben 28 und der oberen Kolben 29, 31 gleichen sich aus. Das Volumen des Fluidraums 24 bleibt aufgrund der zeitgleichen Bewegungen der Kolben 28, 29, 31 konstant. Die Anzahl der eingesetzten Zylinderräume mit den Kolben zur Kompression und/oder Expansion und Verschiebung des Arbeitsfluides 26 kann variieren. Im Fluidraum 24 werden nicht nur ein unterer Kolben 28 und ein oberer Kolben 29 eingesetzt, sondern in oder am Fluidraum 24 wird eine möglichst hohe Anzahl an Zylinderräumen mit den Kolben angeordnet. Aufgrund einer höheren Anzahl der separaten Zylinderräume mit den Kolben werden die Bewegungen und die Volumenänderungen der einzelnen Kolben besser ausgeglichen. Alle Kolben 28, 29, 31 sind über eine mechanische oder hydraulische Vorrichtung zur Weiterleitung der Kraft 36 miteinander verbunden. Der Aufwand für die Bewegung des Volumenausgleichskolbens 31 ist gering, wenn der Kolben 31 als Volumenausgleichskolben 31 eingesetzt wird, weil die Druckniveauunterschiede innerhalb des Fluidraums 24 möglichst weitgehend minimiert werden. Die Fluidräume 24, 25 sowie die weiteren Bestandteile dieser Fluidräume können innerhalb eines Druckbehälters 39 angeordnet werden. Der Druckbehälter 39 kann in einen Bereich für den Fluidraum 24 und in einen Bereich für den Fluidraum 25 unterteilt werden. Zwischen diesen beiden Bereichen kann eine weitere Begrenzung angeordnet werden. In dem Druckbehälter 39 befindet sich das gleiche Fluid wie in den Fluidräumen 24, 25. Aufgrund der Druckniveauanpassung und des Einsatzes des gleichen Fluides, kann der Druck, mit dem die Dichtungen anliegen, verringert werden. Aus diesem Grund werden die Reibungen weiter minimiert. Wenn das Arbeitsfluid 26 von den Kolben 28, 29 in die Fluidräume geschoben wird, entstehen unter anderem aufgrund der Verschiebung und des Totraums der Zylinderräume der Kolben 28, 29 Verluste. Um den Totraum möglichst weitgehend zu minimieren, bestehen mehrere Möglichkeiten. An den Zylinderwänden, die gegenüber den Kolben 28, 29 angeordnet ist, und an den Kolbenwänden, die zu diesen Zylinderwänden weisen, befinden sich Puffer, zum Beispiel Verdränger aus einem elastischen Material. Der Einsatz ist abhängig vom Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26. An den Kolbenstangen der Kolben 28, 29 befinden sich Puffer, zum Beispiel eine Art Federmechanismus und/oder es wird eine mögliche Rückwärtsbewegung der Kolbenstange nach der Kompression genutzt, wenn vorher die Ventile und/oder Schieber geschlossen wurden und das verbliebene Fluid 26 expandiert. Eine zusätzliche Möglichkeit besteht darin, dass in jedem Kolben 28, 29 das Arbeitsfluid 26 komprimiert und expandiert wird. Dies ist möglich, wenn die Kolben 28, 29 eine geringe Wärmespeicher- und Wärmeleitfähigkeit aufweisen, und wenn eine zusätzliche separate wärmeisolierte Leitung für die Zuführung des Arbeitsfluides 26 an die Zylinderräume der Kolben 28, 29 angeordnet wird, und wenn eine weitere zweite separate wärmeisolierte Leitung für die Abführung des Arbeitsfluides 26 zu den Zylinderräumen der Kolben 28, 29 führt, weil ein bestimmtes Volumen des Arbeitsfluides 26 in den oberen Bereichen der Fluidräume 24, 25 entnommen und eingeleitet wird, während ein anderes Volumen des Arbeitsfluides 26 im unteren Bereich der Fluidräume 24, 25 entnommen und eingeleitet wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Zylinderräume der Kolben 28, 29 einen Aufbau aufweisen, der mit dem Zylinderraum 13 der 2 vergleichbar ist. Mit diesem Aufbau kann das Arbeitsfluides 26 bei der Expansion und/oder Kompression aufgrund eines möglichen Wärmeaustausches mit einem Fluid zur Wärmeübertragung temperiert verändert werden, falls dies erforderlich ist.
Der Ablauf für die 4 sieht vor, dass durch eine Bewegungsausführung der Kolben 28 und 29 sowie der weiteren Bestandteile der 4 und aufgrund einer entsprechenden Temperierung die Zustandsänderungen des Arbeitsfluids 26 einen Kreislauf beschreiben, der durch einen Kreislauf der Tabelle 1 bis 4 dargestellt wird, der in der Zuordnungsnummer die Kennzeichnung A enthält. An der Stelle eines Kreislaufes der Tabelle 1 bis 4 kann auch eine Variante dieses Kreislaufes oder ein anderer Kreislauf eingesetzt werden, wenn dadurch eine weitere Optimierung des jeweiligen Prozesszieles möglich ist. Zum Beispiel kann ein Kreislauf eingesetzt werden, der mit dem Kreislauf der Zuordnungsnummer II A-c oder I A-c der Tabellen 1 bis 4 vergleichbar ist. Die Temperierung des Arbeitsfluides 26 der 4 erfolgt durch das Fluid zur Wärmeübertragung 21 das durch die wärmeisolierten Leitungen 37 in die Wärmetauscher 27 zugeführt und nach dem Wärmeaustausch wieder abgeleitet wird. Wenn zum Beispiel ein Kreislauf mit der Zuordnungsnummer II A-c der Tabellen 1 bis 4 eingesetzt wird, ist folgender Ablauf möglich. Das Arbeitsfluid 26 wird im untersten Bereich des wärmeisolierten Fluidraums 24 mit einem möglichst niedrigen Temperaturniveau in den Zylinderraum des Kolbens 28 eingeführt. Alle Zylinderräume und Kolben sowie die weiteren Bestandteile der 4, die nicht für einen Wärmeaustausch vorgesehen sind, weisen eine möglichst geringe Wärmespeicher- und Wärmeleitfähigkeit auf. Nachdem der Kolben 28 in die äußerste Position verschoben wurde, werden die Ventile und / oder Schieber des Zylinderraums des Kolbens 28 verschlossen. Nach dem Verschließen der Ventile und / oder Schieber erfolgt die annähernd adiabatische Kompression des Arbeitsfluides 26. Im Anschluss an die Kompression werden die Ventile und / oder Schieber des separaten Zylinderraums des Kolbens 28 zum Fluidraum 25 geöffnet. Es erfolgt die Verschiebung des Arbeitsfluides 26 in den Fluidraum 25. Wenn die Verschiebung des Arbeitsfluides 26 beendet ist, werden die Ventile und / oder Schieber des Zylinderaums des Kolbens 28 wieder geschlossen. Im Fluidraum 25 steigt das Arbeitsfluid 26 an den Wärmetauschern 27 nach oben. Dabei wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 isobar erhöht. Im obersten Bereich wird das Arbeitsfluid mit einem möglichst hohen Temperaturniveau in den Zylinderraum des Kolbens 29 eingeführt. Der Kolben 29 wird isobar in den Fluidraum 24 geschoben. Bei der Verschiebung wird die Druckniveaudifferenz zwischen den Fluidräumen 24 und 25 durch eine Anwendung genutzt, die annähernd isobar ein fast nicht komprimierbares Fluid verschiebt oder ein Ausgleichsgewicht anhebt. Diese Verschiebung kann nach Beendigung des Arbeitsschrittes genutzt werden. Nachdem der Kolben 29 in die äußerste Position geschoben wurde und damit auch der Volumenausgleichskolben 31 die äußerste Position erreicht hat, damit das Volumen des Fluidraums 24 möglichst konstant gehalten werden kann, werden die Ventile und / oder Schieber des Zylinderraums des Kolbens 29 geschlossen. Im Anschluss an die Verschließung des Zylinderraums erfolgt eine annähernd adiabatische Expansion des Arbeitsfluides 26. Diese Expansion kann ebenfalls genutzt werden. Nach der Expansion des Arbeitsfluides 26 werden die Ventile und / oder Schieber des Zylinderraums des Kolbens 29 zum Fluidraum 24 geöffnet. Das Arbeitsfluid 26 wird aus dem Zylinderraum in den Fluidraum 24 geschoben. In dem Fluidraum 24 strömt das Arbeitsfluid 26 in die Wärmetauscher 27. In den Wärmetauschern 27 des Fluidraums 24 wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 annähernd isochor verringert. Die Volumen des Arbeitsfluides 26, die ein möglichst niedriges Temperaturniveau erreicht haben, werden in einem Druckniveauausgleichsbereich 40 gesammelt. In dem Druckniveauausgleichsbereich 40 befindet sich das größte Volumen des Fluidraums 24, welches ein möglichst niedriges Temperaturniveau und damit ein möglichst niedriges Druckniveau aufweist. Das Arbeitsfluid 26 wird anschließend mit einem möglichst geringen Temperaturniveau in den Zylinderraum des Kolbens 28 geleitet. Der Vorgang beginnt erneut. Der Einsatz der 4 ist vorteilhaft, weil die Wärmeübertragung mit der größtmöglichen Effizienz erfolgt. Die gesamte Wärmeübertragung zwischen dem Arbeitsfluid 26 und dem Fluid zur Wärmeübertragung 21 wird mit einem Gegenstromverfahren umgesetzt. Das Druckniveau des Fluides zur Wärmeübertragung 21, das in die Wärmetauscher 27 des Fluidraums 25 geleitet wird, kann an das annähernd konstantes Druckniveau des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 25 angepasst werden. Außerdem kann das Druckniveau des Fluides zur Wärmeübertragung 21, das in die Wärmetauscher 27 des Fluidraums 24 eingeführt wird, an ein Druckniveau des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 24 angepasst werden, weil die Druckniveauunterschiede des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 24 möglichst weitgehend minimiert werden. Ferner kann der gesamte Wärmeaustausch mit einem minimalen Energieaufwand umgesetzt werden, weil die Wärmetauscher 27 zu den oberen Bereichen hin ein zunehmend höheres Temperaturniveau aufweisen. Das Arbeitsfluid 26 und das Fluid zur Wärmeübertragung 21 kann entsprechend der vorgesehenen Strömungsrichtung aufsteigen oder absinken. Aufgrund der Möglichkeit, dass mehrere 4 über die Wärmetauscher 27 direkt miteinander verbunden sind, kann der Wirkungsgrad von mehreren 4 addiert werden, weil die Verluste durch die Wärmeübertragung minimiert werden können. Zudem besteht die Möglichkeit, dass die Geschwindigkeiten der Durchführung des Arbeitsfluides 26 und des Fluides zur Wärmeübertragung 21 für die Wärmetauscher 27 angepasst werden. Außerdem kann das Arbeitsfluid 26 und das Fluid zur Wärmeübertragung 21 in den Fluidräumen 24, 25 für eine bestimmte Streckenlänge nach unten und oben, daher in beide Richtungen bewegt werden, falls dies notwendig ist. Die Strömung des Arbeitsfluides 26 kann innerhalb der Fluidräume 24, 25 und der Wärmetauscher 27 durch die Verschiebung der Kolben 32, 33, 34, 35 gesteuert werden. Eine vergleichbare Vorrichtung kann für das Fluid zur Wärmeübertragung 21 angeordnet werden. Abgesehen von den zwei Zylinderräumen mit den Kolben 28, 29 können zudem weitere Zylinderräume in und/oder an den Fluidräumen 24, 25 angeordnet werden, die die Kolbenbewegungen der einzelnen Kolben ausgleichen. Die 4 wird für eine Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen eingesetzt. Es besteht auch die Möglichkeit, dass eine 4 für die Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen verwendet wird. Dafür wird an der Stelle des Arbeitsfluides 26 ein Fluid für den Phasenwechsel genutzt. Das Fluid für den Phasenwechsel wird im obersten Bereich des Fluidraums 24 mit einem möglichst hohen Temperaturniveau in den Zylinderraum mit dem Kolben 29 eingeführt. Nachdem der Kolben 29 in die äußerste Position geschoben wurde, werden die Ventile und/oder Schieber des Zylinderraums mit dem Kolben 29 geschlossen. Anschließend wird das Fluid für den Phasenwechsel adiabatisch komprimiert, bis das Druckniveau des Fluidraums 25 erreicht wird. Danach wird das Fluid für den Phasenwechsel isobar in den Fluidraum 25 geschoben. Dort wird es durch die Wärmetauscher 27 geleitet. Das Fluid für den Phasenwechsel wird nach unten geführt. Das Temperaturniveau des Fluides für den Phasenwechsel wird verringert, und es kondensiert und wird im unteren Bereich des Fluidraums 25 gesammelt. Der Fluidraum 25 weist eine Form auf, die an die Volumenänderung des Fluides für den Phasenwechsel angepasst ist. Im unteren Bereich des Fluidraums 25 wird das Fluid für den Phasenwechsel in den Zylinderraum des Kolbens 28 geschoben. Der Kolben 28 wird mit einem Gegendruck geführt, der so hoch ist wie das Druckniveau im Fluidraum 25. Das Fluid für den Phasenwechsel, dass in den Zylinderraum des Kolbens 28 geleitet wird, wird deshalb nur verschoben, nicht expandiert. Wenn die äußerste Position des Kolbens erreicht wird, werden die Ventile und/oder Schieber des Zylinderraums geschlossen. Danach wird der Gegendruck des Kolbens gelöst. Anschließend erfolgt eine Kolbenbewegung und eine annähernd adiabatische Expansion des Fluides für den Phasenwechsel. Diese Expansion kann für die Erzeugung von Arbeit genutzt werden. Das expandierte Fluid für den Phasenwechsel wird nach der Expansion in den Fluidraum 24 geschoben. Im Fluidraum 24 steigt es an den Wärmetauschern 27 nach oben. Das Temperaturniveau des Fluides für den Phasenwechsel wird erhöht und es verdampft. Im oberen Bereich wird es wieder in den Zylinderraum mit den Kolben 29 geführt. Der Vorgang beginnt erneut. Bei dieser Nutzung besteht die Möglichkeit, dass die Wärmetauscher 27 des Fluidraums 25 die Wärmetauscher 27 einer anderen 4 darstellen, in der das erhöhte Temperaturniveau des Fluides für den Phasenwechsel genutzt wird. Außerdem können die Wärmetauscher 27 des Fluidraums 24 gleichzeitig als Wärmetauscher 27 einer anderen 4 genutzt werden, in der die Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel zur Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides 26 verwendet wird. Ferner besteht die Möglichkeit, dass weitere getrennt geführte Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung in die Wärmetauscher 27 eingeführt und wieder abgeleitet werden. Diese getrennt geführten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung können nach der Ableitung in andere Vorrichtungen oder weitere 4 geleitet werden. Zudem können diese getrennt geführten Ströme aus dem Arbeitsfluides weiterer 4 bestehen, so dass sich ein Wärmetauscher 27 aus den Wärmetauchern mehrerer anderer 4 und/oder weiterer Vorrichtungen zusammensetzt. Aufgrund dieser Anordnungsmöglichkeiten von mehreren 4 zur Schaffung und Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen ist eine hohe Effizienz bei der Nutzung und/oder Erzeugung einer Temperaturniveaudifferenz und/oder des Temperaturniveaus der Umgebung der 4 möglich.
Die 5 zeigt einen Längsschnitt einer Kolbenmaschine mit einem Zylinder der zwei Kolben 42, 43 oder gekoppelte Kolbenhälften 42, 43 und eine Strömungshilfe 17 enthält. Die Kolben 42, 43 sind mit einem Isolationskörper verbunden, der die Länge des Zylinderraums aufweist. Der Zylinderraum mit den zwei Kolben 42, 43 ist an einer unteren und an einer oberen Stelle mit dem wärmeisolierten Fluidraum 24 verbunden. In dem Fluidraum 24 sind Wärmetauscher 27 angeordnet. Es handelt sich um eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die insgesamt mit 41 bezeichnet wird. Teile des Zylinderraums mit den zwei Kolben 42, 43 sowie des äußeren zweiten Zylinders 44 können mit Bestandteilen der 2 verglichen werden. Der Fluidraum 24 entspricht dem Fluidraum 24 der 4. Die 5 stellt eine 4 dar, die an der Stelle des Fluidraums 25 einen Zylinderraum mit den zwei Kolben 42, 43 aufweist. Die Kolbenstangen der zwei Kolben 42, 43 sind mit einer hydraulischen und/oder mechanischen Vorrichtung zur Kraftweiterleitung verbunden. Die Kraftweiterleitung, mit der die Kolben 42, 43 verbunden sind, kann mit der Kraftweiterleitung 52 der folgenden 6 verglichen werden. Die Vorrichtung zur Kraftweiterleitung stellt eine Verbindung zwischen den Kolbenstangen der Kolben 42, 43 und den Kolben weiterer 5 dar und / oder weiterer Kolbenstangen der Kolben 42, 43, wenn mehrere Zylinderräume mit den Kolben 42, 43 in einer 5 eingesetzt werden und / oder einer Vorrichtung, die die Bewegungsenergie zwischenspeichert. Die Kraftweiterleitung ermöglicht die parallele Verschiebung der Kolben 42, 43 sowie eine zeitgleiche oder zeitversetzte Bewegungsausführung der Kolben 42, 43, bei der sich beide Kolben 42, 43 annähern oder bei der die beiden Kolben auseinander geschoben werden. In dem Zylinderraum mit den Kolben 42, 43, im Folgenden nur noch innerer Zylinderraum genannt, befindet sich das Arbeitsfluid 26 zwischen zwei Kolben 42, 43, die an den Seitenwänden des Zylinderraums anliegen, oder zwei gekoppelte Kolbenhälften 42, 43. Die eingesetzte Kolben 42, 43 weisen einen Isolationskörper auf, der so lang ist wie der innere Zylinderraum. Wenn die Kolben 42, 43 verschoben werden, decken die Isolationskörper der Kolben 42, 43 die Längsseiten des inneren Zylinderraums ab. An den Längsseiten des inneren Zylinderraums erfolgt der Wärmeaustausch zwischen dem Fluid zur Wärmeübertragung 21 und dem Arbeitsfluid 26, dass sich zwischen den Kolben 42, 43 befindet. Der Wärmeaustausch an den Längsseiten des inneren Zylinderraums ist nur vorgesehen, wenn das Arbeitsfluid 26, das sich zwischen den Kolben 42, 43 befindet, auf der inneren Seite des Zylinderraums vorbeigeführt wird, während auf der gleichen Höhe und zeitgleich das Fluid zur Wärmeübertragung 21 an der äußeren Wand des inneren Zylinderraums anliegt, damit über die Wärmetauscherflächen der Längsseiten des inneren Zylinderraums ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid zur Wärmeübertragung 21 und dem Arbeitsfluid 26 erfolgen kann. Die Isolationskörper der Kolben 42, 43 weisen einen Abstand zu den Wänden des inneren Zylinderraums auf, der klein genug, um den Wärmeaustausch möglichst weitgehend zu reduzieren, und groß genug, um weitere Reibungen möglichst weitgehend zu vermeiden. Außerdem ist innerhalb des inneren Zylinders der Einsatz mindestens einer Strömungshilfe 17 möglich. Die Strömungshilfe 17 kann über eine Stange zur Bewegung der Strömungshilfe und / oder über eine hydraulische Vorrichtung oder einen magnetischen Verbund verschoben werden. Ferner ist um den inneren Zylinder ein äußerer zweiter Zylinder 44 angeordnet. Zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren zweiten Zylinder 44 befinden sich die Fluidräume für das Fluid zur Wärmeübertragung 21. Das Fluid zur Wärmeübertragung 21 wird an den Wärmetauscherflächen des inneren Zylinders vorbeigeführt, um das Arbeitsfluid 26, das sich zwischen den Kolben 42, 43 befindet zu temperieren. Wenn kein Wärmeaustausch an den Wärmetauschflächen des inneren Zylinders vorgesehen ist, verdecken die Verdränger des Fluidraums für das Fluid zur Wärmeübertragung 21, die mit einer Stange zur Bewegung der Verdränger 22 verschoben werden, die Wärmetauscherflächen und/oder es werden zusätzliche Isolationshilfen im inneren Zylinderraum eingesetzt und/oder an der Stelle des Fluides zur Wärmeübertragung 21 werden auf der jeweilige Höhe, die abgedeckt werden muss, Isolatoren eingeleitet. Ein Isolator kann aus einem gasförmigen Fluid mit einer möglichst geringen Wärmeleit- und Speicherfähigkeit bestehen und/oder aus Kugel mit Isolationsmaterialien und/oder aus einem zweckentsprechenden Bestandteil. Das Fluid zur Wärmeübertragung 21 kann mit einem angepassten Temperaturniveau und / oder Druckniveau an die Wärmetauscherflächen geführt werden. Die Begrenzungen bzw. die Wände des inneren Zylinderraums stellen eine Mantelröhre / einen Hohlzylinder dar. Der innere Zylinderraum grenzt mit der äußeren Wand an die Fluidräume für das Fluid zur Wärmeübertragung 21, welches zwischen den Einlässen und den Auslässen durch die Fluidräume geleitet wird. Das Fluid zur Wärmeübertragung 21 wird in den Fluidräumen für einen Wärmeaustausch eingesetzt. Dafür wird das Fluid zur Wärmeübertragung 21 von außen in die 5 eingeführt. Das Fluid zur Wärmeübertragung 21 wird durch die Öffnungen, die für eine Zuleitungen 37 des Fluides zur Wärmeübertragung 21 an dem äußeren zweiten Zylinder 44 angeordnet sind, in die 5 eingeführt. In den Fluidräumen strömt das Fluid zur Wärmeübertragung 21 an den Verdrängern des Fluidraums und an den Begrenzungen bzw. den Wärmetauscherflächen des inneren Zylinderraums vorbei. Über die Begrenzungen bzw. die Wärmetauscherflächen des inneren Zylinderraums erfolgt ein Wärmeaustausch mit dem Arbeitsfluid 26. Anschließend wird das Fluid zur Wärmeübertragung 21 wieder durch die Auslässe 37 abgeleitet. Die Auslässe 37 und Einleitungen 37 für die Abführung des Fluides zur Wärmeübertragung 21 sind an dem wärmeisolierten äußeren zweiten Zylinder 44 angeordnet. Die Fluidräume oder Kammern für das Fluid zur Wärmeübertragung 21 werden nach außen durch die stabilisierende und wärmeisolierte Zylinderwand 44 / Mantelröhre 44 / den Begrenzungen 44 abgeschlossen. In der rohrförmigen inneren Kammer / dem Raum / dem inneren Zylinderraum sind die Kolben 42, 43 angeordnet. Mit Kolben 42, 43 werden im Gegensatz zu Plungerkolben 42, 43 Kolben 42, 43 bezeichnet, die an den Zylinderwänden anliegen, daher mit den Zylinderwänden des inneren Zylinderraums einen Fluidraum für Arbeitsfluid abschließen, dass sich zwischen den Kolben 42 und 43 befindet. Ein Kolben 42, 43 ist mit einer Kolbenstange für die Bewegung des Kolbens verbunden, wenn keine Kraftübertragung durch einen magnetischen Verbund oder eine andere Vorrichtung erfolgt, wie es beispielsweise mit der 6 dargestellt wird. Eine Druckniveauänderung des Arbeitsfluides in dem inneren Zylinderraum kann eine Bewegung der Kolben 42, 43 bewirken, wenn dies vorgesehen ist, und eine Bewegung der Kolben 42, 43 hat eine Änderung des Druckniveaus und / oder des Volumens des Arbeitsfluides im inneren Zylinderraum zur Folge. An dem inneren Zylinderraum mit den Kolben 42, 43, in dem der Einsatz von mindestens einer Strömungshilfe 17 möglich ist, ist der äußere zweite Zylinderraum 44 angeordnet. Zwischen dem inneren Zylinderraum und dem äußeren zweiten Zylinderraum 44 befinden sich die Räume für das Fluid zur Wärmeübertragung 21 und den Verdrängern der Fluidräume, die mit der Stange für die Verdränger 22 bewegt werden. Dieser Bereich mit dem inneren Zylinderraum und den äußeren zweiten Zylinderraum 44 sowie den Bestandteile der Zylinderräume umfassen den Bereich des Kolbenraums 45, der an zwei Stellen mit dem Fluidraum 24 verbunden ist. Die Wärmetauscherflächen der 5 weisen ebenfalls eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit und eine möglichst geringe Wärmespeicherkapazität auf. Alle Flächen die nicht für eine Wärmeübertragung eingesetzt werden, sind wärmeisoliert und weisen Isolationsmaterialien auf, die eine Weiterleitung und Speicherung von Wärme möglichst weitgehend reduzieren. Die Wärmetauscherflächen bestehen aus Wärmeleitern, die eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Diese Wärmeleiter werden durch Isolatoren unterbrochen, die eine möglichst geringe Wärmeleit- und Wärmespeicherfähigkeit besitzen. Die Wärmetauscher bestehen aus eine hohen Anzahl an Streifen bzw. Schichten aus Wärmeleitern, die durch Isolatoren voneinander getrennt sind, um eine Wärmeleitung innerhalb der Wärmetauscher möglichst weitgehend zu vermeiden. Die Wärmeleiter können zum Beispiel aus Industriediamanten und Metalllegierungen oder speziellen Kunststoffen bestehen. Das Fluid zur Wärmeübertragung 21 wird auch in der 5 eingesetzt und die Erläuterung wie folgt wiederholt. Die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 werden durch Öffnungen über die Leitungen 37 in die 5 eingeleitet. In den Fluidräumen werden die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 an den Verdrängern und an den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des inneren Zylinderraums vorbeigeführt. Über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des inneren Zylinderraums erfolgt ein Wärmeaustausch. Es besteht die Möglichkeit, dass ein Strom des Fluides zur Wärmübertragung 21 in die Vorrichtung geleitet wird. Dieser Strom wird durch die oberste Öffnung in den äußeren zweiten Zylinderraum 44 eingeführt und an der untersten Öffnung des äußeren zweiten Zylinderraums 44 wieder abgeleitet. Die Geschwindigkeit der Durchführung wird an den erforderlichen Wärmeaustausch angepasst. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass mehrere Zuleitungen 37 und Abführungen 37 mit dem äußeren zweiten Zylinderraum 44 verbunden sind. Eine hohe Anzahl von wärmeisolierten Zuleitungen 37 und Abführungen 37, die mit dem äußeren zweiten Zylinderraum 44 verbunden sind, werden in gleichmäßigen Abständen von der untersten bis zur obersten Position angeordnet. Durch diese separaten Zuleitungen 37 und Ableitungen 37 können verschiedene Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 geleitet werden, die sich aufgrund eines anderen durchschnittlichen Temperaturniveaus voneinander unterscheiden. Das Temperaturniveau der Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21, die innerhalb des obersten Bereiches durch die separaten Räume für das Fluid zur Wärmeübertragung 21 an den Wänden des inneren Zylinderraums vorbeigeführt werden, ist möglichst hoch. Das Temperaturniveau der Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21, die innerhalb des untersten Bereiches durch die getrennt geführten Räume für das Fluid zur Wärmeübertragung 21 an Wänden des inneren Zylinderraums vorbeigeführt werden, ist möglichst niedrig. Das durchschnittliche Temperaturniveau der unterschiedlichen und separat geführten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 nimmt nach unten hin ab. Die abgeführten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 werden in verschiedene Bereiche oder Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 eingeteilt, die sich aufgrund eines anderen durchschnittlichen Temperaturniveaus voneinander unterscheiden. Die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21, die aus der 5 abgeführt wurden, werden entsprechend ihrem durchschnittlichen Temperaturniveau bzw. ihrer Temperaturniveaudifferenz in eine andere Vorrichtung geleitet, damit das Temperaturniveau der abgeführten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 genutzt werden kann. Zusätzlich oder an der Stelle einer Weiterleitung der abgeführten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 in eine weitere Vorrichtung, zum Beispiel zur Nutzung des durchschnittlichen Temperaturniveaus der abgeleiteten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21, besteht die Möglichkeit, dass die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 in einer wärmeisolierten Leitung zwischengespeichert werden. Nach der Zwischenspeicherung der Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 werden die abgeführten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 in eine Vorrichtung für eine Nutzung des durchschnittlichen Temperaturniveaus eingeführt. Die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21, die ein durchschnittliches Temperaturniveau aufweisen, welches für eine weitere Nutzung in anderen Vorrichtungen oder in der gleichen Fig. nicht mehr vorgesehen ist, werden aus einer Anlage, die mehrere Vorrichtungen für eine Nutzung des Temperaturniveaus der Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 und / oder mehrere Zwischenspeicher umfasst, abgeführt. Die Geschwindigkeit der Durchleitung des Fluides zur Wärmeübertragung 21 können an die Erfordernisse und Möglichkeiten des Wärmeaustausches angepasst werden. Die Steuerung der Zuleitung und der Abführung der Ströme des Fluides zur Wärmübertragung 21 wird mit der Steuerung der Bewegung der Kolben 42, 43 und / oder der Strömungshilfe 17 und / oder der zusätzlichen Isolationshilfen und / oder der Isolatoren und / oder Stangen für die Bewegung der Verdränger 22 des Fluidraums für das Fluid zur Wärmeübertragung 21 sowie weiterer Bestandteile der Vorrichtung abgestimmt. Dabei wird der angestrebten Umfang des Wärmeaustausches an unterschiedlichen Stellen der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des inneren Zylinderraums berücksichtigt. Die Verdränger werden durch eine Verschiebung der Stangen für die Bewegung der Verdränger 22 auf einen Bereich der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des inneren Zylinderraums geschoben. Dort wird das Fluid verdrängt und die Verdränger decken einen Bereich der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des inneren Zylinderaums gegenüber dem überwiegenden Anteil des Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung 21 ab. Die Bereiche der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des inneren Zylinderraums, bei denen der Wärmeaustausch verringert wird, werden auf der einen Seite durch die Verdränger abdeckt und auf der anderen Seite durch die Isolationskörper der Kolben 42, 43. Die Verdränger und die Isolationskörper der Kolben 42, 43 stellen Verdrängerkörper bzw. Isolationskörper für die Abdeckung der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen auf der äußeren und inneren Seite des inneren Zylinderraums dar. Das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26, das sich im Zylinderraum zwischen den Kolben 42, 43 befindet, wird isochor erhöht. Für die Erhöhung des Temperaturniveaus werden die Kolben 42, 43 parallel von unten nach oben verschoben. Auf der gleichen Höhe auf die die Kolben 42, 43 geschoben werden, erfolgt dabei die Verschiebung der Verdränger der Fluidräume für das Fluid zur Wärmübertragung, die durch die Stange für die Bewegung der Verdränger 22 verschoben werden. Die Verdränger werden an den Stellen von den Wärmetauscherflächen des inneren Zylinderraums geschoben, bei denen sich auf der anderen Seite das Arbeitsfluid 26 befindet. Die Verschiebung der Kolben 42, 43 erfolgt mit einer Geschwindigkeit, die an den erforderlichen Wärmeaustausch angepasst ist. Dieser Wärmeaustausch wird durch den Einsatz mindestens einer Strömungshilfe 17 und/oder eines zweckentsprechenden Bestandteils beeinflusst und/oder gesteuert, die zwischen den Kolben 42, 43 bewegt wird. An der untersten Position der beiden Kolben 42, 43 und an der obersten Position der beiden Kolben 42, 43 ist kein Wärmeaustausch über die Wand des inneren Zylinderraums mit den Kolben 42, 43 vorgesehen, weil das Arbeitsfluid 26 an der untersten Position in den inneren Zylinderraum eingeführt wird und an der obersten Position die Ausführung des Arbeitsfluides 26 erfolgt. Nach der Ausführung des Arbeitsfluides 26 aus dem inneren Zylinderraum, strömt das Arbeitsfluid 26 in den Fluidraum 24. Im Fluidraum 24 wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 isochor verringert, wenn das Arbeitsfluid 26 an den Wärmetauschern 27 vorbeiströmt. Nach dem Wärmeaustausch strömt das Arbeitsfluid 26 in den Druckausgleichsbereich 40 des Fluidraums 24. Die Bewegung des Arbeitsfluides 26 kann durch eine Verschiebung der Kolben 32, 33 gesteuert werden, falls dies erforderlich. Ein Aufbau der 5 mit den Kolben 32, 33 ist nicht notwendig, wenn eine Verschiebung der Kolben 32, 33 nicht vorgesehen ist. An dem Fluidraum 24 befindet sich ein Ventil und / oder ein Schieber. Dieser Bestandteil des Fluidraums 24 ist mit einer Leitung 38 für die Zuführung und Ableitung des Arbeitsfluides 26 verbunden. Außerdem ist ein weiterer Kolben, der die Kolbenstange 31 aufweist, am Fluidraum angeordnet. Der Kolben 31 wird als Volumenausgleichskolben 31 genutzt, damit das Volumen des Fluidraums 24 möglichst weitgehend konstant bleibt, wie es mit der 4 erläutert wird. Falls dies nicht vorgesehen ist, kann der Kolben 31 für einen Druckniveauausgleich eingesetzt werden, wenn eine isobare Temperierung des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 24 erfolgt. Außerdem kann die Ausgangsstellung des Kolbens 31 verschoben werden, um das Druckniveau des Arbeitsfluides im Fluidraum 24 einzustellen. Die Wärmetauscher 27 des Fluidraums 24 sind mit mehreren wärmeisolierten Zuleitungen 37 und Abführungen 37 verbunden, durch die das Fluid zur Wärmeübertragung 21 geleitet wird. Wenn ein Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21 durch die Wärmetaucher 27 der 5 geleitet wird, ist nur eine wärmeisolierte Zuleitung 37 und eine wärmeisolierte Abführung 37 erforderlich. Bei einer hohen Anzahl von wärmeisolierten Zuleitungen 37 und wärmeisolierten Abführungen 37, die getrennt voneinander in gleichmäßigen Abständen von unten nach oben mit den Wärmetauscher 27 verbunden sind, besteht die Möglichkeit, dass mehrere verschiedene Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 durch die voneinander getrennten Bereiche der Wärmetauscher 27 geführt werden. Die Bestandteile der 5 können in einem Druckbehälter 39 oder in mehreren voneinander getrennten Druckbehältern angeordnet werden, wenn dadurch die Verluste aufgrund von Reibungen etc. minimiert werden.
Der Ablauf für die 5 sieht vor, dass durch eine Bewegungsausführung der Kolben 42, 43 und der Verdränger der Fluidräume für das Fluid zur Wärmeübertragung 21 sowie der weiteren Bestandteile der 5 und aufgrund von Wärmeaustauschprozessen mit dem Fluid zur Wärmeübertragung 21 die Zustandsänderungen des Arbeitsfluids 26 einen Kreislauf beschreiben, der durch einen Kreislauf der Tabelle 1 bis 4 dargestellt wird, der in der Zuordnungsnummer die Kennzeichnung B enthält. An der Stelle eines Kreislaufes der Tabelle 1 bis 4 kann auch eine Variante dieses Kreislaufes oder ein anderer Kreislauf eingesetzt werden, wenn dadurch eine weitere Optimierung des jeweiligen Prozesszieles möglich ist. Zum Beispiel kann ein Kreislauf eingesetzt werden, der mit dem Kreislauf der Zuordnungsnummer II B-c oder I B-c der Tabellen 1 bis 4 vergleichbar ist. Die Temperierung des Arbeitsfluides 26 der 5 erfolgt durch das Fluid zur Wärmeübertragung 21, das für den Fluidraum 24 durch die wärmeisolierten Leitungen 37 in die Wärmetauscher 27 eingeführt und nach dem Wärmeaustausch wieder abgeleitet wird, oder das für den Bereich des Kolbenraums 45 durch eine oder mehrere getrennt geführte wärmeisolierte Leitungen 37 in die Fluidräume des Fluides zur Wärmeübertragung 21 des äußeren zweiten Zylinders 44 in den Bereich des Kolbenraums 45 eingeleitet und durch eine oder mehrere separat geführten wärmeisolierte Leitungen 37 wieder abgeführt wird. Wenn zum Beispiel ein Kreislauf mit der Zuordnungsnummer II B-c der Tabellen 1 bis 4 eingesetzt wird, ist folgender Ablauf möglich. Das Arbeitsfluid 26 wird im untersten Bereich des wärmeisolierten Fluidraums 24 mit einem möglichst niedrigen Temperaturniveau in den inneren Zylinderraum zwischen den Kolben 42, 43 eingeführt. Dafür werden die Kolben 42, 43 aus dem inneren Zylinderraum gefahren, bis ein bestimmtes Volumen des Arbeitsfluides 26 in den inneren Zylinderraum geströmt ist. Die Kolben sowie die weiteren Bestandteile der 5, die nicht für einen Wärmeaustausch vorgesehen sind, weisen eine möglichst geringe Wärmespeicher- und Wärmeleitfähigkeit auf. Nachdem die Kolben 42, 43 aus den Zylindern gefahren sind und ein bestimmtes Volumen des Arbeitsfluides 26 zwischen diese Kolben geströmt ist, werden die Ventile und / oder Schieber des inneren Zylinderraums mit den Kolben 42, 43 verschlossen. Nach dem Verschließen der Ventile und / oder Schieber im unteren Bereich des inneren Zylinderraums erfolgt die annähernd adiabatische Kompression des Arbeitsfluides 26. Die Aufnahme des Arbeitsfluides 26 und die annähernd adiabatische Kompression des Arbeitsfluides 26 erfolgt in einem Bereich, des inneren Zylinderraums in dem ein Wärmeaustausch nicht vorgesehen ist. Nach der Kompression des Arbeitsfluides 26 erfolgt die Verschiebung der Kolben 42, 43, bei der das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 isochor erhöht wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass vor der isochoren Temperaturerhöhung des Arbeitsfluides 26 keine adiabatische Kompression durchgeführt wird. Das Temperaturniveau des Arbeitsfluid 26 wird in diesem Fall ohne eine vorherige Kompression isochor erhöht. Die Kolben 42, 43 werden parallel von unten nach oben verschoben, der Abstand zwischen den Kolben 42, 43 bleibt dabei annähernd gleich. Das Temperaturniveau des Arbeitsfluids 26, dass sich zwischen den beiden Kolben 42, 43 befindet, wird bei der Verschiebung aufgrund des Wärmeaustausches isochor erhöht. Für die Erhöhung des Temperaturniveaus wird das Arbeitsfluid 26 an den Wärmetauscherflächen des inneren Zylinderraums vorbeigeführt. Auf der einen Seite der Wärmetauscherflächen befindet sich auf der jeweilige Höhe der Verschiebung das Arbeitsfluid 26 und auf der anderen Seite der Wärmetauscherflächen ist das Fluid zur Wärmeübertragung 21. Das Fluid zur Wärmeübertragung 21 weist auf der jeweilige Höhe der Verschiebung bzw. auf der jeweiligen Temperaturniveaustufe ein höheres Temperaturniveau auf, als das Arbeitsfluid 26. Die Differenz zwischen den zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus des Arbeitsfluides 26 und des Fluides zur Wärmübertragung 21 ist so niedrig, dass Verluste durch die Wärmeübertragung möglichst weitgehend reduziert werden, und so groß, dass innerhalb des vorgesehenen Zeitraumes einen ausreichenden Wärmeaustausch möglich ist. Der Wärmeaustauch kann durch den Einsatz mindestens einer Strömungshilfe 17 und / oder eines vergleichbaren Bestandteiles beschleunigt und / oder gesteuert werden. Das durchschnittliche Temperaturniveau des Fluides zur Wärmeübertragung 21 nimmt nach oben hin zu. Bei der Verschiebung der beiden Kolben 42, 43 nach oben wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 aufgrund des Wärmeaustausches über die Wärmetauscherflächen des inneren Zylinderraums isochor erhöht. Nachdem die Kolben 42, 43 die oberste Position erreicht haben, die für den Wärmeaustausch vorgesehen ist, weist das Arbeitsfluid 26 ein möglichst hohes Temperaturniveau auf. Wenn der Wärmeaustausch in der obersten Position des Wärmeaustausches beendet ist, werden die Kolben 42, 43 weiter nach oben gefahren, in einen Bereich des inneren Zylinderraums, der wie der unterste Bereich, nicht für einen Wärmeaustausch ausgelegt ist. Anschließend erfolgt die annähernd adiabatische Expansion des Arbeitsfluides 26. Dabei werden die Kolben 42, 43 auseinander geschoben. Die Expansion des Arbeitsfluides wird für die Gewinnung von Arbeit genutzt. Nach der Expansion des Arbeitsfluides 26 wird das Ventil und / oder der Schieber des oberen Bereiches des inneren Zylinderraums geöffnet. Die Kolben 42, 43 werden aufeinander zubewegt und das Arbeitsfluid 26 aus den inneren Zylinderraum in den Fluidraum 24 geschoben. In dem Fluidraum 24 strömt das Arbeitsfluid 26 in die Wärmetauscher 27. In den Wärmetauschern 27 des Fluidraums 24 wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 isochor verringert. Die Volumen des Arbeitsfluides 26, die ein möglichst niedriges Temperaturniveau erreicht haben, werden in einem Druckniveauausgleichsbereich 40 gesammelt. In dem Druckniveauausgleichsbereich 40 befindet sich das größte Volumen des Fluidraums 24, welches ein möglichst niedriges Temperaturniveau und damit ein möglichst niedriges Druckniveau aufweist. Das Arbeitsfluid 26 strömt anschließend mit einem möglichst niedrigen Temperaturniveau in den inneren Zylinderraum zwischen die Kolben 42, 43. Der Vorgang beginnt erneut. An dem Fluidraum 24 können mehrere innere Zylinderräume angeordnet werden, die die Kolbenbewegungen der einzelnen Kolben ausgleichen.
Der Einsatz der 5 ist vorteilhaft, weil eine effiziente und differenzierte Wärmeübertragung innerhalb des Fluidraums 24 erfolgt, und weil aufgrund der isochoren Temperaturerhöhung des Arbeitsfluides 26 gegebenenfalls ein vergleichsweise höherer Wirkungsgrad für den Abbau von Wärmemengen zur Verfügung steht, wenn die Wärmeübertragung innerhalb des Bereiches des Kolbenraums 45 ebenfalls entsprechend effizient gestaltet wird.
Die 6 zeigt einen Längsschnitt einer Kolbenmaschine mit einem wärmeisolierten Fluidraum, in dem Wärmetauscher 27 angeordnet sind, und der an der oberen Seite und an der unteren Seite durch die wärmeisolierten Kolben 47, 48 begrenzt wird, wobei zusätzlich eine weitere Seite des wärmeisolierten Fluidraums aus der wärmeisolierten Kolbenfläche des Kolbens 53 bestehen kann, falls dies erforderlich ist. Bei allen Prozessschritten bleibt das Arbeitsfluid 26 innerhalb der Begrenzungen des Fluidraums. Es handelt sich um eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen durch die Einteilung einer Temperaturniveaudifferenz in mehrere kleinere Temperaturniveaudifferenzen, die insgesamt mit 46 bezeichnet wird. In dem wärmeisolierten Fluidraum befindet sich das Arbeitsfluid, dass durch die Wärmetauscher 27 temperiert wird. Die Wärmetauscher 27 sind mit den wärmeisolierten Zuleitungen 37 und Abführungen 37 verbunden, durch die das Fluid zur Wärmeübertragung 21 in die Wärmetauscher 27 eingeführt und nach dem Wärmeaustausch wieder abgeleitet wird. Die untere Seite des Fluidraums wird durch die wärmeisolierte Kolbenfläche des Kolbens 47 begrenzt, die wärmeisolierte Kolbenfläche des Kolbens 48 stellt die obere Begrenzung des Fluidraums dar. An der Stelle von zwei Kolben 47, 48 können auch zwei gekoppelte Kolbenhälften 47, 48 oder zwei Plungerkolben 47, 48 eingesetzt werden. Die Kolben 47 und 48 weisen einen Isolationskörper auf, der mindestens so lang ist, wie die längste Streckenlänge für die Verschiebung der Kolben 47, 48. Außerdem sind auf der Kolbenfläche der Kolben 47, 48 Verdränger und/oder zusätzliche Wärmetauscher angeordnet. Die Kolben 47, 48 haben mehrere Funktionen. Durch die Bewegung der Kolben 47, 48 wird das Arbeitsfluid 26 im wärmeisolierten Fluidraum verschoben. Aufgrund der Verschiebung des Arbeitsfluides 26 wird das Arbeitsfluid 26 innerhalb eines festgelegten Zeitraumes an die Bereiche der Wärmetauscher 27 geleitet, die in diesem Zeitraum für einen Wärmeaustausch vorgesehen sind. Außerdem erfolgen durch die beiden Kolben 47, 48 die Bewegungsausführungen, die für die Kompression und Expansion des Arbeitsfluides 26 notwendig sind. Wenn die Bewegungsausführungen, die für die Kompression und Expansion erforderlich sind, nicht von den beiden Kolben 47, 48 durchgeführt werden, ist ein Aufbau der 6 notwendig, der zusätzlich den Kolben 52 aufweist. Die wärmeisolierte Kolbenfläche des Kolbens 52 stellt die Begrenzung einer Längswand des wärmeisolierten Fluidraums dar. Diese wärmeisolierte Kolbenfläche des Kolbens 52 kann ebenfalls Verdränger und/oder Wärmetauscher aufweisen. Der Kolben 52 wird für die Kompression und Expansion des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum genutzt werden. Wenn der Einsatz des Kolbens 52 nicht vorgesehen ist, ist der Kolben 52 für den Aufbau der 6 nicht erforderlich. Der dargestellte Aufbau der 6 ist zweckmäßig, weil das Arbeitsfluid 26 bei der Nutzung von kleinen Temperaturniveaudifferenzen entsprechend geringe Volumenänderungen aufweist. Die Höhe der genutzten Temperaturniveaudifferenzen kann vorher festgelegt werden. Kleinere Temperaturniveaudifferenzen erzeugen eine kleinere Volumenänderung des Arbeitsfluides 26. Aus diesem Grund werden mechanische und / oder hydraulische Übersetzungen für die Bewegungsausführungen der Kolben 47, 48, 52 genutzt. Wenn nur die Kolben 47, 48 verwendet werden, befindet sich an der Stelle der wärmeisolierten Kolbenfläche des Kolbens 52 die wärmeisolierte Wand des Fluidraums. Davon wird im Folgenden ausgegangen. Die Kolben 47, 48 sind über eine Vorrichtung zur Kraftübertragung 52 miteinander verbunden. Außerdem besteht eine Verbindung der Kolben 47, 48 über eine weitere Vorrichtung zur Kraftweiterleitung mit anderen Kolben 47, 48 anderer 6 und / oder anderen Vorrichtungen zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen und / oder mit Speichern zur Aufnahme und Abgabe von Bewegungsenergie. Zur Veranschaulichung der Vorrichtung zur Kraftübertragung 52, bei der die Kolben 47, 48 miteinander verbunden sind, wird mit der 6 eine hydraulische Vorrichtung dargestellt. Die beiden Kolbenstangen des unteren Kolbens 47 und des oberen Kolbens 48 befinden sich in einem gemeinsamen Fluidraum oder sind innerhalb der gleichen Leitung angeordnet. Der Fluidraum oder die Leitung enthält ein annähernd nicht komprimierbares Fluid zur Kraftübertragung 50. Wenn eine Kolbenstange verschoben wird, wird diese Verschiebung durch das Fluid zur Kraftübertragung 50 an die andere Kolbenstange weitergegeben. Wenn der obere Kolben 48 für eine bestimmte Streckenlänge aus dem Fluidraum gefahren wird, wird das Fluid zur Kraftweiterleitung 50 durch die Verschiebung der Kolbenstange des oberen Kolbens 48 nach oben in den gemeinsamen Fluidraum geschoben. Das Fluid zur Kraftweiterleitung 50 wird in der Vorrichtung zur Kraftübertragung 52 bewegt und drückt durch diese Verschiebung die Kolbenstange des unteren Kolbens 47, die sich am anderen Ende der Kraftweiterleitung befindet, aus dem gemeinsamen Fluidraum, der das Fluid zur Kraftübertragung 50 enthält, mit der gleichen Streckenlänge heraus und umgekehrt. Durch diese Kraftübertragung erfolgt die Verschiebung der beiden Kolben 47, 48. Außerdem ist an der Vorrichtung zur Kraftübertragung 52 ein weiterer Kolben 49 angeordnet. Der Kolben 49 kann das Fluid zur Kraftübertragung 50 in die Vorrichtung zur Kraftübertragung 52 bzw. in den gemeinsamen Fluidraum mit dem Fluid zur Kraftübertragung 50, im Folgenden nur noch Leitung für die Kraftübertragung genannt, drücken, wenn der Kolben 49 in den Zylinder gefahren wird, damit werden die Kolben 47, 48 in den Fluidraum mit dem Arbeitsfluid 26 geschoben. Wenn der Kolben 49 aus dem Zylinder gefahren wird, wird das Fluid zur Kraftübertragung 50 aus der Leitung zur Kraftübertragung gezogen, dadurch werden die Kolben 47, 48 aus dem Fluidraum mit dem Arbeitsfluid 26 gefahren. Aus diesem Grund hat der Kolben 49 zwei Funktionen. Zum einen wird durch die Höhe des Kolbens 49 die Stellung der Kolben 47, 48 festgelegt, daher, wie weit diese im Fluidraum mit dem Arbeitsfluid 26 angeordnet werden. Zum anderen wird die Verschiebung des Kolbens 49 für die Bewegungsausführungen der Kolben 47, 48 zur Kompression und Expansion des Arbeitsfluides 26 genutzt. Bei einer Verschiebung der oberen Kolbenstange des Kolbens 48 werden beide Kolben 47, 48 im Fluidraum mit dem Arbeitsfluid 26 verschoben, weil die Kolbenstangen der Kolben 47, 48 über die Vorrichtung zur Kraftübertragung 52 miteinander verbunden sind. Bei einer Verschiebung des Kolbens 49 nach unten werden die beiden Kolben 47, 48 in den Fluidraum mit dem Arbeitsfluid 26 gefahren, wenn der Kolben 49 nach oben gefahren wird, werden beide Kolben 47, 48 aus dem Fluidraum mit dem Arbeitsfluid 26 geschoben. Die Verschiebung des Kolbens 49 für die Bewegungsausführungen der Kolben 47, 48 zur Kompression oder Expansion des Arbeitsfluides 26 erfolgt zeitgleich mit einer Verschiebung der beiden Kolben aufgrund der Bewegung der Kolbenstange des oberen Kolbens 48. Für diese Bewegungsausführungen der Kolbenstange des oberen Kolbens 48 sind entsprechende Vorrichtungen an der Kolbenstange angeordnet. Bei einer Bewegungsausführung der Kolbenstange des oberen Kolbens 48 werden die zusätzlichen Bewegungen der Kolbenstange aufgrund der Verschiebungen des Arbeitsfluides 26 berücksichtigt. Falls dies nicht vorgesehen ist, ist der Einsatz des Kolbens 53 erforderlich. An den Kolbenflächen der Kolben 47, 48 sind Verdränger angeordnet, wenn das Arbeitsfluid durch eine Verschiebung der Kolben 47, 48 nach oben geschoben wird, fahren die Verdränger, die auf der Kolbenfläche des unteren Kolbens 47 angeordnet sind, zwischen die unteren Wärmetauscher und decken den Bereich ab, der das niedrigste Temperaturniveau aufweist. Dies ist erforderlich, wenn das Arbeitsfluid annähernd adiabatisch komprimiert wird. Durch die Kompression erhöht sich das Temperaturniveau des Arbeitsfluides und das Arbeitsfluid wird zeitgleich entsprechend dieser Erhöhung des Temperaturniveaus nach oben geschoben, in die Bereiche, die dieses Temperaturniveau aufweisen. Bei der folgenden Verschiebung des Arbeitsfluides nach oben, um das Temperaturniveau des Arbeitsfluides weiter zu erhöhen, werden die Verdränger weiter in die Bereiche des untersten Temperaturniveaus geschoben. Wenn das Arbeitsfluid durch eine Verschiebung der Kolben 47, 48 nach unten verschoben wird, fahren die Verdränger, die auf der Kolbenfläche des oberen Kolbens 48 angeordnet sind, zwischen die oberen Wärmetauscher und decken den Bereich ab, der das höchste Temperaturniveau aufweist. Dies ist notwendig, weil das Temperaturniveau des Arbeitsfluides aufgrund der adiabatischen Expansion verringert wird. Durch die Expansion verringert sich das Temperaturniveau des Arbeitsfluides und das Arbeitsfluid wird zeitgleich entsprechend dieser Verringerung nach unten geschoben, in die Bereiche, die dieses Temperaturniveau aufweisen. Bei der folgenden Verschiebung des Arbeitsfluides nach unten, um das Temperaturniveau des Arbeitsfluides weiter zu verringern, werden die Verdränger weiter in die Bereiche des obersten Temperaturniveaus gefahren. An der Vorrichtung zur Kraftübertragung 52 befindet sich ein Ventil und / oder Schieber. Dieser Zugang ist mit einer Leitung für die Zuführung und Ableitung 51 des Fluides zur Kraftübertragung 50 verbunden. Über diese Leitung 51 wird das Fluid zur Kraftübertragung 50 zugeführt oder abgeleitet, falls dies erforderlich ist. An dem Fluidraum wird ebenfalls ein Zugang für die Leitung zur Zuführung und Ableitung 38 des Arbeitsfluides 26 angeordnet. Über diese Leitung wird das Arbeitsfluid im Bedarfsfall in den Fluidraum eingeführt oder ausgeleitet. Der Fluidraum und die weiteren Bestandteile können in einem gemeinsamen Druckbehälter 39 angeordnet werden. An der Stelle einer hydraulischen Vorrichtung zur Kraftübertragung 52 kann eine mechanische Vorrichtung genutzt werden, insbesondere, wenn der Aufbau der 6 den Kolben 53 aufweist. Für die Nutzung dieses Kolbens 53 müssen innerhalb der Wärmetauscher 27 vertikale Durchlässe angeordnet werden. Wenn sich das Volumen des Arbeitsfluides 26 vergrößert, dehnt es sich bei dem Einsatz des Kolbens 53 zur Längsseite hin aus und umgekehrt. Die Volumenausdehnung des Arbeitsfluides 26 zur Seite sollte jedoch nur minimal sein. Außerdem müssen die vertikalen Durchlässe zur oberen und unteren Seite hin Öffnungen aufweisen und/oder eine Breite aufweisen, die so gering ist, dass bei einer Verschiebung des Arbeitsfluides 26 durch die Kolben 47, 48 ein ausreichend großer Anteil des Arbeitsfluides 26, welches sich in den vertikalen Durchlässen befindet, mit erfasst wird. Ferner darf der Kolben 53 nicht aus dem Fluidraum geschoben werden, wenn ein zu großer Anteil des Arbeitsfluides 26 bei der Verschiebung des Kolbens 53 aufgrund der Bauweise oder des Zeitpunktes nicht erfasst wird bzw. nicht mit verschoben wird und/oder nicht mehr im vorgesehen Maße temperiert wird. Aus den oben angeführten Gründen wird der Einsatz des Kolbens 53 nicht bevorzugt. Das Arbeitsfluid 26 wird durch die Verschiebung der Kolben 47, 48 innerhalb des Fluidraums bewegt. Die Verschiebung des Arbeitsfluides 26 erfolgt an die Position, die für den jeweiligen Wärmeaustausch vorgesehen ist. Wenn das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 erhöht werden muss, wird das Arbeitsfluid 26 nach oben geschoben. Bei einer annähernd adiabatischen Expansion wird das Arbeitsfluid 26 zeitgleich an die Temperaturniveaubereiche der Wärmetauscher 27 vorbeigeschoben, die das Temperaturniveau des jeweiligen Expansionszustandes des Arbeitsfluides 26 aufweisen. Wenn das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 verringert werden muss, wird das Arbeitsfluid nach unten verschoben. Bei einer annähernd adiabatischen Kompression wird das Arbeitsfluid zeitgleich an die Temperaturniveaubereiche der Wärmetauscher 27 vorbeigeführt, deren Temperaturniveau möglichst weitgehend mit dem Temperaturniveau des jeweiligen Kompressionszustandes des Arbeitsfluides 26 übereinstimmt. Wenn das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 weiter erhöht wird, wird das Arbeitsfluid 26 weiter nach oben geschoben. Je weiter die Kolben 47, 48 für die Verschiebung des Arbeitsfluides 26 in den Fluidraum gefahren werden, bzw. je länger die Streckenlängen der Verschiebungen der Kolben 47, 48 sind, desto größer sind die Temperaturniveaudifferenzen die genutzt werden. Je kürzer die Streckenlängen der Verschiebungen der Kolben 47, 48 innerhalb eines vollständigen Kreislaufes sind, desto niedriger sind die Temperaturniveaudifferenz, die für den Abbau der Wärme genutzt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass sich das Temperaturniveau der Wärmetauscher 27 ändert. Bei der Nutzung von geringen Temperaturniveaudifferenzen ergeben sich nur entsprechend geringe Druckniveauänderungen und geringe Volumenveränderungen des Arbeitsfluides 26. Aus diesem Grund wird das Fluid zur Wärmeübertragung 21 mit einen angepassten Druckniveau in die Wärmetauscher 27 geleitet werden. Die Wärmetauscherflächen der Wärmetauscher 27 weisen deshalb eine geringe Dicke auf. Die Wärmeleitfähigkeit der Wärmetauscher 27 ist möglichst hoch und die Wärmespeicherfähigkeit ist möglichst niedrig. Der Aufbau von Wärmetauscher 27 wird mit den vorstehenden Vorrichtungen beschrieben. Durch die Wärmetauscher 27 wird erst ein Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21 geleitet, der ein möglichst niedriges durchschnittliches Temperaturniveau aufweist bzw. sich durch eine Temperaturniveaudifferenz im unteren Temperaturbereich auszeichnet. Danach wird ein Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21 durch die Wärmetauscher 27 geführt, der ein höheres durchschnittliches Temperaturniveau besitzt, und so weiter. Am Schluss wird ein Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21 oder ein Bereich eines Stromes des Fluides zur Wärmeübertragung 21 in die Wärmetauscher geführt, der ein möglichst hohes durchschnittliches Temperaturniveau aufweist etc. Der Wärmeaustausch mit einem oder mehreren Strömen oder Bereichen des Fluides zur Wärmeübertragung wird mit den vorstehenden Fig. erläutert. Der Ablauf für die 6 sieht vor, dass durch eine Bewegungsausführung der Kolben 42, 43 sowie der weiteren Bestandteile der 6 und aufgrund einer entsprechenden Temperierung die Zustandsänderungen des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum einen Kreislauf beschreiben, der durch einen Kreislauf der Tabelle 1 bis 4 dargestellt wird. An der Stelle eines Kreislaufes der Tabelle 1 bis 4 kann auch eine Variante dieses Kreislaufes oder ein anderer Kreislauf eingesetzt werden, wenn dadurch eine weitere Optimierung des jeweiligen Prozesszieles möglich ist. Bei der 6 werden mehrere kleinere Temperaturniveaudifferenzen innerhalb einer größeren Temperaturniveaudifferenz genutzt. Aus diesem Grund werden mehrere Kreisläufe zeitgleich durchgeführt, die jedoch parallel verlaufen und mit den gleichen Zustandsänderungen verbunden sind. Zum Beispiel kann ein Kreislauf eingesetzt werden, der mit dem Kreislauf der Zuordnungsnummer II B-c oder I B-c der Tabellen 1 bis 4 vergleichbar ist. Die Temperierung des Arbeitsfluides 26 der 6 erfolgt durch das Fluid zur Wärmeübertragung 21, das durch die wärmeisolierten Leitungen 37 in die Wärmetauscher 27 eingeführt und nach dem Wärmeaustausch wieder abgeleitet wird. Wenn zum Beispiel Kreisläufe mit der Zuordnungsnummer II B-c der Tabellen 1 bis 4 eingesetzt werden oder Kreisläufe, die eine geringerer Temperaturniveaudifferenz nutzen, ist folgender Ablauf möglich. Die Kolben 47, 48 werden in den Fluidraum gefahren, und zeitgleich erfolgt eine Verschiebung des gesamten Volumens des Arbeitsfluides nach oben, dabei wird das Arbeitsfluides 26 des Fluidraums annähernd adiabatisch komprimiert. Bei einer Verschiebung nach oben, werden in dem unteren Bereich des Fluidraums die Verdränger des unteren Kolbens 47 zwischen die untersten Wärmetauscher 27 gefahren, um dort den Wärmeaustausch möglichst weitgehend zu minimieren. Das Arbeitsfluid 26 hatte vor der Kompression im unteren Bereich ein niedriges Temperaturniveau und im oberen Bereich ein hohes Temperaturniveau. Das Temperaturniveau innerhalb des Fluidraums wird nach oben höher. Nach der Kompression ist die Temperaturniveaudifferenz, die das Arbeitsfluid 26 vor der Kompression aufwies, erhalten geblieben. Nur das durchschnittliche Temperaturniveau ist angestiegen. Entsprechend diesem Anstieg wurde das Arbeitsfluid 26 nach oben geschoben, damit das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 und der Wärmetauscher 27 möglichst weitgehend übereinstimmt. Nach der adiabatischen Kompression wird das Arbeitsfluid 26 weiter nach oben geschoben. Dabei strömt es an den Wärmetauscherflächen 27 vorbei, die ein höheres Temperaturniveau aufweisen. Es erfolgt eine isochore Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides 26. Wenn das höchste durchschnittliche Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 erreicht wurde, wird die Verschiebung nach oben gestoppt. Das durchschnittlich höchste Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 ist nicht mit dem höchsten Temperaturniveau des Fluides zur Wärmeübertragung 21 vergleichbar, weil das Arbeitsfluid 26 immer nur für eine Teilstrecke an den Wärmetauscherflächen vorbeigeleitet wird. Die Temperaturniveauveränderung eines bestimmten Volumens des Arbeitsfluides 26 ist während des gesamten Ablaufes um ein mehrfaches niedriger als die gesamte zur Verfügung stehende Temperaturniveaudifferenz. An der jeweiligen Teilstrecke wird die Wärme des Arbeitsfluides 26 beispielsweise durch eine adiabatische Expansion abgebaut. Die Kolben 47, 48 werden aus den Fluidraum geschoben, und zeitgleich erfolgt eine Verschiebung des gesamten Volumens des Arbeitsfluides 26 nach unten, dabei wird das Arbeitsfluides 26 des Fluidraums annähernd adiabatisch expandiert. Bei einer Verschiebung nach unten, werden in dem oberen Bereich des Fluidraums die Verdränger des oberen Kolbens 48 zwischen die oberen Wärmetauscher 27 gefahren, um dort den Wärmeaustausch möglichst weitgehend zu reduzieren. Das Arbeitsfluid 26 hatte vor der Expansion im unteren Bereich ein niedriges Temperaturniveau und im oberen Bereich ein hohes Temperaturniveau. Das Temperaturniveau wird nach oben höher. Nach der Expansion ist die Temperaturniveaudifferenz, die das Arbeitsfluid 26 vor der Expansion aufwies, erhalten geblieben. Nur das durchschnittliche Temperaturniveau ist gesunken. Entsprechend diesem Abfall des Temperaturniveaus wurde das Arbeitsfluid 26 nach unten geschoben, damit das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 und der Wärmetauscher möglichst weitgehend übereinstimmt. Nach der adiabatischen Expansion wird das Arbeitsfluid 26 weiter nach unten geschoben. Dabei strömt es an den Wärmetauscherflächen 27 vorbei, die ein niedrigeres Temperaturnivau aufweisen. Es erfolgt eine isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides 26. Wenn das niedrigste Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 erreicht wurde, wird die Verschiebung nach unten gestoppt. Anschließend wird das Arbeitsfluid 26 wieder adiabatisch komprimiert. Der Vorgang beginnt erneut. Zur Veranschaulichung eines Prozessdurchgangs kann die 1 betrachtet werden. Die verschiedenen voneinander getrennten Kreisläufe der zwei Diagramme müssen dafür untereinander angeordnet werden. Das zweite Diagramm zeigt Kreisläufe, die mit einer isochoren Temperaturniveauerhöhung des Arbeitsfluides 26 verbunden sind. Mit dem Einsatz der 6 wird eine größere Temperaturniveaudifferenz 57 durch die Nutzung mehrerer kleinerer Temperaturniveaudifferenzen 56 abgebaut. Der Einsatz der 6 ist vorteilhaft, weil das gesamte Fluid nur innerhalb des Fluidraums bewegt wird. Eine Weiterleitung in andere Zylinder ist nicht erforderlich. Außerdem erfolgt der Wärmeaustausch an Wärmetauscherflächen 27, die während des gesamten Prozesses eine annähernd gleichbleibende Temperaturniveaudifferenz aufweisen. Ferner dienen die Wärmetauscher 27 mit dem Fluid zur Wärmeübertragung 21, die sich nicht am oberen oder unteren Rand des Fluidraums befinden, als Wärmespeicher, wenn das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 verringert wird. Zudem kann das Fluid zur Wärmübertragung 21 mit einem angepassten Temperaturniveau und Druckniveau durch die Wärmetauscher 27 geführt werden. Die Druckniveauänderungen des Arbeitsfluides 26 sind verhältnismäßig gering. Aufgrund der geringeren Druckniveauänderungen ist der Aufbau der 6 weniger aufwendig. Nachteilig ist, dass die Nutzung einer kleineren Temperaturniveaudifferenz einen kleineren Wirkungsgrad pro Kreislauf zur Folge hat. Dafür muss die Anzahl der durchgeführten Kreisläufe erhöht werden. Wenn die Wärmeübertragung effizient durchgeführt wird und die Wärmeweiterleiterleitung möglichst weitgehend reduziert wird, besteht die Möglichkeit, dass ein großer Teil der Wärme innerhalb des Fluidraums abgebaut wird.
Die 7 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen, die einen wärmeisolierten Fluidraum aufweist, in dem Wärmetauscher und Isolatoren 55 bzw. Verdränger 55 angeordnet sind. Der wärmeisolierte Fluidraum, in dem sich das Arbeitsfluid 26 befindet, wird unten durch die wärmeisolierte Kolbenfläche des Kolbens 47 begrenzt und oben durch die wärmeisolierte Kolbenfläche des Kolbens 48. Es handelt sich um eine Vorrichtung zur Nutzung von niedrigen Temperaturniveaudifferenzen, die insgesamt mit 54 bezeichnet wird. Der Fluidraum ist in mehrere Temperaturniveaubereiche unterteilt, die durch Isolatoren 55 bzw. Verdrängern 55 voneinander abgetrennt sind. Eine hohe Anzahl von Temperaturniveaubereichen ist durch Isolatoren 55 voneinander abgetrennt, um den Wärmeaustausch zwischen den verschiedenen Temperaturniveaubereichen weitgehend zu vermeiden. Die Isolatoren 55 befinden sich zwischen den Wärmetauschern und können innerhalb der Wärmetauscher nach oben oder unten verschoben werden. Sie bestehen aus einem Material, dass eine möglichst niedrige Wärmeleitfähigkeit und eine möglichst niedrige Wärmespeicherfähigkeit aufweist. Die Wärmetauscher, die zwischen den einzelnen Isolatoren 55 angeordnet sind, weisen einen Aufbau auf, der mit den Wärmetauschern der vorstehenden Fig. verglichen werden kann. Daher, die Wärmetauscher bestehen aus Wärmeleitern und Isolatoren, die in Schichten übereinander angeordnet sind. Die Wärmetauscher können separate wärmeisolierte Zuführungen und Ableitungen 37 für das Fluid zur Wärmeübertragung 21 aufweisen. Die Temperaturniveaubereiche der Wärmetauscher, die sich zwischen den Isolatoren 55 befinden, weisen eine bestimmte Temperaturniveaudifferenz auf, die für die Temperierung des Arbeitsfluides 26 im wärmeisolierten Fluidraum genutzt wird. Jeder Temperaturniveaubereich weist annähernd die gleiche Temperaturniveaudifferenz auf. Das durchschnittliche Temperaturniveau jedes Temperaturniveaubereiches kann gleich oder unterschiedlich sein. Die Wärmetauscher, die innerhalb eines Temperaturniveaubereiches zwischen zwei Isolatoren 55 angeordnet sind, verfügen über separate wärmeisolierte Zuführungen und Ableitungen 37 für das Fluid zur Wärmeübertragung 21. Über diese getrennt geführten Zuführungen und Ableitungen 37 können mehrere unterschiedliche Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 in die Wärmetauscher eingeführt und nach dem Wärmeaustausch wieder abgeleitet werden. Jeder Temperaturniveaubereich kann zum Beispiel eine Temperaturniveaudifferenz nutzen, die weniger als 10 °C / 10 K beträgt (zum Beispiel von 0 °C / 273,15 K bis weniger als 10 °C / 283,15 K). Damit die Wärme zwischen den einzelnen Temperaturniveaubereichen nicht weitergeleitet wird, werden zwischen diesen Temperaturniveaubereichen Isolatoren 55 eingesetzt. Außerdem sind die Wärmetauscher des jeweiligen Temperaturniveaubereiches durch Isolationsmaterialien voneinander getrennt und weisen getrennt geführte Zuleitung und Abführungen 37 für das Fluid zur Wärmeübertragung 21 auf. Jeder Temperaturniveaubereich weist demnach Wärmetauscher auf, die aus einer hohen Anzahl an Schichten, bestehen, die aus Wärmeleitern bestehen, die durch Isolatoren voneinander getrennt sind, um die Wärmeleitung innerhalb des Wärmeleiters zu vermindern. Außerdem kann jeder Wärmetauscher mehrere Zuleitungen und Abführungen 37 für das Fluid zur Wärmübertragung 21 aufweisen, wenn der Wärmetauscher in mehrere Bereiche unterteilt ist, durch die gleichzeitig verschiedene Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 geleitet werden können. Zum Beispiel kann ein Wärmetauscher in einen oberen und einen unteren Bereich eingeteilt werden. Durch den oberen Bereich wird ein Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21 geführt, der ein durchschnittliches höheres Temperaturniveau aufweist, als das Temperaturniveau des Stroms des Fluides zur Wärmübertragung 21, der durch den unteren Bereich des Wärmetauschers geführt wird. Die 7 stellt in diesem Fall eine Fig. dar, in der mehrere Fluidräume der 6 übereinander angeordnet sind. Bei der 7 werden durch diese Anordnung mehrere Temperaturniveaudifferenzen, die die gleiche Höhe aufweisen, innerhalb eines Prozessdurchganges bzw. gleichzeitig genutzt. Diese Anordnung ist zweckmäßig, weil die Nutzung einer geringen Temperaturniveaudifferenz mit nur einer Fig. aufwendiger ist. Für das gleiche Ergebnis müssen beispielsweise mehrere 6 parallel betrieben werden. Wenn der Einsatz von mehreren 6 möglich ist, um das jeweilige Prozessziel zu erreichen, ist die Nutzung der 7 nicht erforderlich. Abgesehen von der Anordnung von Temperaturniveaubereichen, die die gleiche Temperaturniveaudifferenz und das gleiche durchschnittliche Temperaturniveau aufweisen, besteht die Möglichkeit, dass die verschiedenen voneinander getrennten Temperaturniveaubereiche unterschiedliche
durchschnittliche Temperaturniveaus aufweisen. Zum Beispiel kann der erste Temperaturniveaubereich eine Temperaturniveaudifferenz von von ca. 0 °C / 273,15 K bis 10 °C / 283,15 K nutzen, der zweite Temperaturniveaubereich von ca. 10 °C / 283,15 K bis 20 °C / 293,15 K und der dritte Temperaturniveaubereich von ca. 20 °C / 293,15 K bis 30 °C / 303,15 K und so weiter. Für die Ermittlung der genauen Temperaturniveaudifferenzen, die für die einzelnen Temperaturniveaubereiche genutzt werden, werden in Abhängigkeit von dem eingesetzten Fluid, der zur Verfügung stehenden Temperaturniveaudifferenz und den Druckniveauveränderungen im wärmeisolierten Fluidraum die Zustandsänderungen des Arbeitsfluides vor dem Einsatz der 7 berechnet, um durch die Temperierung die notwendigen Veränderungen des Arbeitsfluides zu erreichen, die für jeden Temperaturniveaubereich möglichst vergleichbar sein müssen. Im Fluidraum befindet sich zwischen den Isolatoren 55 das Arbeitsfluid, dass über die Wärmetauscher temperiert wird. An der Wand des Fluidraums befinden sich zwischen den Isolatoren 55 sowie zwischen den Isolatoren 55 und den Kolben 47, 48 mit dem Isolationskörper Ventile und / oder Schieber. Diese Zugänge sind mit Leitungen für die Zuführung 38 und Ableitung 38 des Arbeitsfluides 26 verbunden. Über diese Leitungen 38 kann das Arbeitsfluid 26 in den Fluidraum eingeführt oder abgeleitet werden. Wenn die Abstände zwischen den einzelnen Isolatoren 55 sowie zwischen den Isolatoren 55 und den Kolben 47, 48 nicht mehr den Vorgaben entsprechen, wird das Arbeitsfluid 26 zwischen den Isolatoren 55 sowie zwischen den Isolatoren 55 und den Kolben 47, 48 abgeleitet oder zugeführt, bis die festgelegten Abstände aufgrund der Veränderungen der Volumen des Arbeitsfluides 26, die sich zwischen diesen Bestandteilen befinden, wieder hergestellt sind. Die Abstände zwischen den Isolatoren 55 sowie zwischen den Isolatoren 55 und den Kolben 47, 48 werden ständig gemessen. Beispielweise durch magnetische Markierungen an den Isolatoren 55 und den Kolben 47, 48. Sobald eine Abweichung vorliegt, wird der Vorgang gestoppt, und die Abstände werden aufgrund der Zu- oder Ableitung des Arbeitsfluids 26 entsprechend den Vorgaben eingestellt. Die Kolben 47, 48 werden durch die Vorrichtung zur Kraftübertragung 52 verschoben, wenn der Kolben 49 bewegt wird und / oder wenn die Kolbenstange des Kolbens 48 verschoben wird. Mit der Verschiebung der Kolben 47, 48 werden auch die Isolatoren 55 bewegt, die im gleichen Fluidraum angeordnet sind. Eine Voraussetzung für die Bewegung der Isolatoren 55 ist, dass die Reibung der Isolatoren 55 an den Wärmetauscherflächen ausreichend gering ist. An der Vorrichtung zur Kraftübertragung 52 sind Ventile und / oder Schieber angeordnet. Über diesen Zugang ist eine Leitung für die Abführung und Zuleitung 51 des Fluides zur Kraftübertragung 50 verbunden. Alle Bestandteile der 7 können in einen Druckbehälter 39 angeordnet werden. Der Ablauf für die 7 sowie weitere Erläuterungen werden mit der 6 beschrieben. Es besteht die Möglichkeit, dass das Arbeitsfluid 26 der 7, wie bei der 6, durch die Kolbenbewegung eines seitlichen Kolbens expandiert und komprimiert wird, wenn nicht vorgesehen ist, dass durch die Bewegungsausführung der Kolben 47, 48 das Arbeitsfluid expandiert und komprimiert wird. Dafür müssen die Isolatoren 55 seitliche Verdränger aufweisen, die flexibel verschoben werden, um den seitlichen Rand bei einer Bewegung des Kolbens abzudichten. Zum Beispiel Plungerkolben, die an den Seiten der Isolatoren herausragen, die zu dem Kolben zeigen. Mit einem Federmechanismus drücken die Plungerkolben mit den Verdrängern gegen den seitlichen Kolben, um den Rand abzudichten. Die Reibung, die bei der Verschiebung der Isolatoren 55 auftritt, muss dabei jedoch ausreichend niedrig sein. Der Einsatz der 6, 7 erfolgt in Abhängigkeit von den Wirkungsgraden und den Prozesszielen, die bei den jeweils verwendeten 6, 7 sowie den vorstehenden Fig. und/oder weiteren Vorrichtungen und/oder Varianten dieser Vorrichtungen umgesetzt werden.
Die 8 zeigt ein Diagramm, das die Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz 56 mit Hilfe von mehreren aufeinander folgende Temperaturniveaudifferenzen 57 darstellt. Das Diagramm verdeutlicht mehrere Vorrichtungen 60 in denen ein Kreislauf mit einem Arbeitsfluid eingesetzt wird. Die Vorrichtungen 60 werden auf der Zeitachse aufeinanderfolgend angeordnet. Die Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz 56, 57 erfolgt durch Zustandsänderungen eines Arbeitsfluides innerhalb von Kreislaufprozessen in den Vorrichtungen 60, die unter anderem nach einer annähernd adiabatischen Kompression 61, 62 aus einer weitgehend isobaren Erhöhung des Temperaturniveaus sowie nach einer annähernd adiabatischen Expansion 63, 64 aus einer annähernd isochoren Verringerung des Temperaturniveaus bestehen. Als Arbeitsfluid wird zum Beispiel Helium verwendet. Es handelt sich um eine schematische Darstellung, die insgesamt mit 59 bezeichnet wird. Die Position und die Höhe einer Vorrichtung 60 verdeutlichen die Temperaturniveaudifferenz, die für die isobare Temperaturniveauerhöhung des Arbeitsfluides von einer Vorrichtung 60 aufgenommen wird. Die Temperaturniveaudifferenzen 61, 62 kennzeichnen den Temperaturniveaubereich der aufgrund einer adiabatischen Kompression des Arbeitsfluides von den jeweiligen Vorrichtung 60 nicht für eine Temperierung des Arbeitsfluides verwendet werden kann. Die Temperaturniveaudifferenzen 61, 62 kennzeichnen damit den Verlustbereich der Vorrichtung 60, weil innerhalb dieses Bereiches Wärme abgegeben wird und innerhalb des selben Bereiches keine Wärme aufgenommen werden kann. Die abgegebene Wärme, die innerhalb der Temperaturniveaudifferenzen 61, 62 abgeführt wird, kann nicht von einer anderen Vorrichtung 60 aufgenommen werden. Es sei denn die adiabatische Kompression des Arbeitsfluides ist in der nachfolgend eingesetzten Vorrichtung 60 wesentlich geringer. Diese Möglichkeit wird mit den unterschiedlichen Temperaturniveaudifferenzen 61, 62 verdeutlicht. Die Temperaturniveaudifferenz 62 ist kleiner als die Temperaturniveaudifferenz 61. Nach der isochoren Temperaturerhöhung des Arbeitsfluides erfolgt in einer Vorrichtung 60 die adiabatische Expansion des Arbeitsfluides. Aufgrund der adiabatischen Expansion wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides verringert. Diese Temperaturniveauverringerung 63, 64 ist in der 8 eingezeichnet. Die Position und die Höhe einer Vorrichtung 60 verdeutlichen die Temperaturniveaudifferenz, die für die isobare Erhöhung des Arbeitsfluides von einer Fig. 60 aufgenommen wird. Die Breite ist bei allen Vorrichtungen 60 aus Gründen der Übersichtlichkeit mit den gleichen Maßen eingezeichnet. Wenn die Breite der Vorrichtung 60 für die aufgenommen Wärmemenge eingezeichnet wird, muss die Breite der Vorrichtung 60 von links nach rechts immer weiter abnehmen. Die aufgenommene Wärmemenge verringert sich bei jeder weiteren Vorrichtung 60, weil die Wärme isobar von dem Arbeitsfluid Helium aufgenommen wird und isochor nach der adiabatischen Kompression wieder abgegeben wird. Es verringert sich demnach die Temperaturniveaudifferenz 57 und die Wärmemenge bei jeder weiteren Vorrichtung 60 aufgrund der adiabatischen Expansion des Arbeitsfluides 63, 64 und zudem verringert sich die Wärmemenge bei gleichbleibender Temperaturniveaudifferenz bezogen auf die Wärmeabgabe einer Vorrichtung 60 zu der Wärmeaufnahme der folgenden Vorrichtung 60 aufgrund des Unterschiedes zwischen der isobaren Aufnahme bei der Temperaturniveauerhöhung und der isochoren Abgabe der Wärmemenge bei der Temperaturniveauverringerung des Arbeitsfluides Helium. Die 8 stellt die Nutzungsmöglichkeiten dar, die sich beispielsweise mit den 4, 10 ergeben. Außerdem können anhand der 8 die Verluste und die Vorteile dieser Nutzungsmöglichkeiten aufgezeigt werden. Die Verluste ergeben sich aus den Temperaturniveaudifferenzen 61, 62, die die Wärmebereiche kennzeichnen, die aufgrund der adiabatischen Kompression des Arbeitsfluides in der jeweiligen Vorrichtung 60 abgegeben, aber nicht aufgenommen werden. Der Vorteil gegenüber der folgenden 9 besteht darin, dass höhere Temperaturniveaudifferenzen genutzt werden.
Die 9 zeigt ein Diagramm, das die Aufteilung einer großen Temperaturniveaudifferenz 56 in mehrere kleinere Temperaturniveaudifferenzen 57 darstellt. Das Diagramm verdeutlicht mehrere Vorrichtungen 66 mit jeweils einem Kreislauf des Arbeitsfluides, die zum Beispiel auf der Zeitachse aufeinanderfolgend oder parallel angeordnet werden können. Die Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz 57 erfolgt innerhalb einer Vorrichtungen 66 durch Zustandsänderungen eines Arbeitsfluides aufgrund des Einsatzes eines Kreislaufprozesseses, der unter anderem nach einer annähernd adiabatischen Kompression aus einer weitgehend isobaren Erhöhung des Temperaturniveaus sowie nach einer annähernd adiabatischen Expansion aus einer annähernd isochoren Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides bestehen. Als Arbeitsfluid wird zum Beispiel Helium verwendet. Es handelt sich um eine schematische Darstellung, die insgesamt mit 65 bezeichnet wird. Die Position und die Höhe einer Vorrichtung 66 verdeutlichen die Temperaturniveaudifferenz, die für die isobare Erhöhung des Arbeitsfluides von einer Vorrichtung 66 aufgenommen wird plus der Temperaturniveaudifferenz, die aufgrund der isochoren Verringerung des Arbeitsfluides wieder abgegeben wird. Die Höhe einer Vorrichtung 66 gezeichnet die Größe der genutzten Temperaturniveaudifferenz 57. Die Breite ist bei allen Vorrichtungen 66 aus Gründen der Übersichtlichkeit mit den gleichen Maßen eingezeichnet. Wenn die Breite der Vorrichtungen 66 für die aufgenommen Wärmemenge eingezeichnet wird, müssen weitere Vorrichtungen 66 in der 9 eingezeichnet werden, die unterschiedliche Breiten aufweisen. Die aufgenommene Wärmemenge verringert sich in den oberen Temperaturbereichen bei jeder weiteren Vorrichtung 66, weil die Wärme isobar von dem Arbeitsfluid Helium nach der adiabatischen Kompression aufgenommen wird und isochor nach der adiabatischen Expansion wieder abgegeben wird. Eine Darstellung der Wärmemengen mit Hilfe der Breiten der Vorrichtungen 66 ist nicht erforderlich, weil die Möglichkeiten bestehen, dass die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 zwischengespeichert werden oder verschiedene Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21, die vergleichbare Temperaturniveaubereiche umfassen, zusammengefasst werden können, bevor diese für den weiteren Wärmeaustausch eingesetzt werden, wenn entsprechend viele Vorrichtungen 66 genutzt werden. Die 9 zeigt die Vorteile der Aufteilung einer größeren Temperaturniveaudifferenz 56 in mehrere kleinere Temperaturniveaudifferenzen 57. Die Wärmemenge, die von einer Vorrichtung 66 abgegeben wird, kann von einer Vorrichtung 66, die weiter unterhalb von der vorherigen Vorrichtung 66 angeordnet ist, für die weitere Nutzung aufgenommen werden. Der Nachteil besteht in der Vielzahl der Vorrichtungen 66, die eingesetzt werden, und/oder in dem wiederholten Einsatz einer Vorrichtung 66. Ein weiterer Nachteil besteht in der niedrigeren Temperaturniveaudifferenz 57. Die 9 stellt die Nutzungsmöglichkeiten dar, die sich beispielsweise mit den 4, 10 und 14 ergeben. Bei diesen Fig. besteht die Möglichkeit, dass die Weitergabe der Wärme möglichst weitgehend optimiert wird. Eine weitere Optimierung der Wärmeübertragung ist nicht möglich.
Die 10 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen, die in zwei wärmeisolierte Fluidräume 24, 25 unterteilt ist. In jedem der beiden Fluidräume 24, 25 liegt ein anderes Druckniveaus vor. Die zwei unterschiedlichen Druckniveaus werden möglichst weitgehend konstant gehalten werden. In den Fluidräumen 24, 25 erfolgt die Temperierung des Arbeitsfluides 26 durch Wärmetauscher 27 im Gegenstromverfahren. Zusätzlich befinden sich weitere Wärmetauscher 27 in den jeweiligen Druckniveauausgleichsbereichen 40, um dort gegebenenfalls das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 konstant zu halten. In jedem der beiden Fluidräume 24, 25 kann eine annähernd isobare oder eine annähernd isochore Erhöhung oder Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides umgesetzt werden. Aus diesem Grund ist an den Begrenzungen der beiden Fluidräume 24, 25 jeweils ein getrennter wärmeisolierter Kolben 68, 69 für den Ausgleich der Volumenveränderung angeordnet. An der Begrenzung des Fluidraums 24 ist ein wärmeisolierter Kolben mit der Kolbenstange 31 und an der Begrenzung des Fluidraums 25 ist ein wärmeisolierter Kolben mit der Kolbenstange 30 angeordnet. Diese beiden wärmeisolierten Kolben 30, 31 können für die Einstellung des Druckniveaus des Arbeitsfluides 26 und/oder für eine zusätzliche Nutzung einer Druckniveauänderung des Arbeitsfluides 26 eingesetzt werden. Durch den Einsatz der Kolben 30, 31 kann eine isobare Erhöhung oder Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides 26 gewährleistet werden, ohne dass weitere Aufwendungen notwendig sind. Auf diese Weise kann unabhängig von anderen Vorrichtungen und Abläufen ein gleichbleibendes Druckniveau sichergestellt werden, zum Beispiel um eine Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 25 zu gewährleisten, die vollständig isobar erfolgt, falls diese Form der Temperierung erforderlich ist. Es handelt sich um die schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz, die insgesamt mit 67 bezeichnet wird. Der Fluidraum 24 verfügt über einen Druckniveauausgleichsbereich 40, der wesentlich größer ist als andere Bereiche des Fluidraums 24. Es wird nur ein geringer Anteil des Gesamtvolumens für die Volumen in oder an den Wärmetauschern 27 oder vor den Wärmetauschern 27 zur Verfügung gestellt. Das Arbeitsfluid 26 mit dem niedrigsten Temperaturniveau sammelt sich im Druckniveauausgleichsbereich 40 des Fluidraums 24. Der Fluidraum 25 verfügt ebenfalls über einen Druckniveauausgleichsbereich 40, der größer ist als die anderen Bereiche des Fluidraums 25. Es wird nur ein geringer Anteil des Gesamtvolumens für die Volumen in oder an den Wärmetauschern 27 oder vor den Wärmetauschern 27 zur Verfügung gestellt. Das Arbeitsfluid 26 mit dem höchsten Temperaturniveau sammelt sich im Druckniveauausgleichsbereich 40 des Fluidraums 25. Das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 wird im Fluidraum 24 isochor verringert. Aus diesem Grund ist der Einsatz des wärmeisolierten Kolbens 68 für den Ausgleich der Volumenveränderung erforderlich, damit das Volumen des Fluidraums 24 möglichst weitgehend konstant bleibt. Die anderen Kolben 31, 32, 33 des Fluidraums 24 können arretiert werden. Im Fluidraum 25 wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26 isobar erhöht. Aus diesem Grund ist der Einsatz des wärmeisolierten Kolbens 30 notwendig. Der wärmeisolierte Kolben 30 wirkt mit einem vorgegebenen Druck auf das Arbeitsfluid 26 des Fluidraums 25. Da sich der Kolben 30 frei bewegen kann, bleibt dieser Druck und damit das Druckniveau des Arbeitsfluides 26 im Fluidraum 25 immer gleich. Die anderen Kolben 34, 35, 69 des Fluidraums 25 können arretiert werden. Weitere Erläuterungen zu der 10 sind den Beschreibungen zur 4 sowie den vorstehenden Fig. zu entnehmen. Die 10 zeichnet sich durch eine andere Bauweise aus und dient zur Erklärung der folgenden Fig.
Die 11 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen, die in zwei wärmeisolierte Fluidräume 71, 72 unterteilt ist. In jedem der beiden Fluidräume 71, 72 liegt ein anderes Druckniveaus vor. Die zwei unterschiedlichen Druckniveaus werden möglichst weitgehend konstant gehalten werden. In den Fluidräumen 71, 72 erfolgt die Temperierung des Fluides für den Phasenwechsel 58 durch Wärmetauscher 27 im Gegenstromverfahren. Zusätzlich befinden sich weitere Wärmetauscher 27 in den jeweiligen Druckniveauausgleichsbereichen 40, um dort gegebenenfalls das Temperaturniveau konstant zu halten. In jedem der beiden Fluidräume 71, 72 kann eine annähernd isobare oder eine annähernd isochore Erhöhung oder Verringerung des Temperaturniveaus des Fluides für den Phasenwechsel 58 umgesetzt werden. Aus diesem Grund ist an den Begrenzungen der beiden Fluidräume 71, 72 jeweils ein getrennter wärmeisolierter Kolben 68, 69 für den Ausgleich der Volumenveränderung angeordnet. An der Begrenzung des Fluidraums 71 ist ein wärmeisolierter Kolben mit der Kolbenstange 31 und an der Begrenzung des Fluidraums 72 ist ein wärmeisolierter Kolben mit der Kolbenstange 30 angeordnet. Diese beiden wärmeisolierten Kolben 30, 31 können für die Einstellung des Druckniveaus des Arbeitsfluides 26 und/oder für eine zusätzliche Nutzung einer Druckniveauänderung des Arbeitsfluides 26 eingesetzt werden. Durch den Einsatz der Kolben 30, 31 kann eine isobare Erhöhung oder Verringerung des Temperaturniveaus des Fluides für den Phasenwechsel 58 gewährleistet werden, ohne dass weitere Aufwendungen notwendig sind. Auf diese Weise kann unabhängig von anderen Vorrichtungen und Abläufen ein gleichbleibendes Druckniveau sichergestellt werden, zum Beispiel um eine Erhöhung des Temperaturniveaus des Fluides für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 71 zu gewährleisten, die vollständig isobar erfolgt, falls diese Form der Temperierung erforderlich ist. Es handelt sich um die schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Temperaturniveaudifferenz, die insgesamt mit 70 bezeichnet wird. Der Fluidraum 71 verfügt über einen Druckniveauausgleichsbereich 40, der wesentlich größer ist als andere Bereiche des Fluidraums 71. Es wird nur ein geringer Anteil des Gesamtvolumens für die Volumen in oder an den Wärmetauschern 27 oder vor den Wärmetauschern 27 zur Verfügung gestellt. Das Fluid für den Phasenwechsel 58, welches das höchste Temperaturniveau aufweist, sammelt sich im Druckniveauausgleichsbereich 40 des Fluidraums 71. Der Fluidraum 72 verfügt ebenfalls über einen Druckniveauausgleichsbereich 40, der größer ist als die anderen Bereiche des Fluidraums 72. Es wird nur ein geringer Anteil des Gesamtvolumens für die Volumen in oder an den Wärmetauschern 27 oder vor den Wärmetauschern 27 zur Verfügung gestellt. Das Fluid für den Phasenwechsel 58, das das niedrigste Temperaturniveau besitzt, sammelt sich im Druckniveauausgleichsbereich 40 des Fluidraums 72. Das Temperaturniveau des Fluides für den Phasenwechsel 58 wird im Fluidraum 71 isobar erhöht. Aus diesem Grund ist der Einsatz des wärmeisolierten Kolbens 31 notwendig. Der wärmeisolierte Kolben 31 wirkt mit einem vorgegebenen Druck auf das Fluid für den Phasenwechsel 58 des Fluidraums 71. Da sich der Kolben 31 frei bewegen kann, wird dieser Druck und damit das Druckniveau des Fluides für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 71 permanent annähernd konstant. Die anderen Kolben 32, 33, 68 des Fluidraums 71 können arretiert werden. Im Fluidraum 72 wird das Temperaturniveau des Fluides für den Phasenwechsel 58 isobar verringert. Aus diesem Grund ist der Einsatz des wärmeisolierten Kolbens 30 notwendig. Der wärmeisolierte Kolben 30 wirkt mit einem vorgegebenen Druck auf das Fluid für den Phasenwechsel 58 des Fluidraums 72. Da sich der Kolben 30 frei bewegen kann, bleibt dieser Druck und damit das Druckniveau des Fluides für den Phasenwechsel 58 im Fluidraum 72 immer annähernd gleich. Die anderen Kolben 34, 35, 69 des Fluidraums 72 können arretiert werden. Der Ablauf sieht vor das, dass das Volumen des Fluides für Phasenwechsel 58, welches das höchste Temperaturniveau aufweist, im oberen Zylinder mit dem Kolben, an dem die Kolbenstange 28 angeordnet ist, adiabatisch komprimiert wird. Nach der adiabatischen Kompression erfolgt eine Verschiebung des Fluides für den Phasenwechsel 58 in den Fluidraum 72. Im Fluidraum 72 wird das Temperaturniveau des Fluides für den Phasenwechsel 58 isobar verringert. Das Volumen des Fluides für Phasenwechsel 58, welches das niedrigste Temperaturniveau aufweist, wird im unteren Zylinder mit dem Kolben, an dem die Kolbenstange 29 angeordnet ist, adiabatisch expandiert. Nach der adiabatischen Expansion erfolgt eine Verschiebung des Fluides für den Phasenwechsel 58 in den Fluidraum 71. Im Fluidraum 71 wird das Temperaturniveau des Fluides für den Phasenwechsel 58 isobar erhöht. Danach wird das Volumen des Fluides für Phasenwechsel 58, welches das höchste Temperaturniveau aufweist, im oberen Zylinder mit dem Kolben, an dem die Kolbenstange 28 angeordnet ist, adiabatisch komprimiert. Der Vorgang beginnt erneut. Weitere Erläuterungen zu der 11 sind den Beschreibungen zur 4 sowie den vorstehenden Fig. zu entnehmen. Die 11 weist eine andere Bauweise auf und dient zum Verständnis der 14.
Die 12 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen, die in zwei wärmeisolierte Fluidräume 74, 75 unterteilt ist. In jedem der beiden Fluidräume 74, 75 liegt ein anderes Druckniveaus vor. Die zwei unterschiedlichen Druckniveaus werden möglichst weitgehend konstant gehalten werden. In den Fluidräumen 74, 75 erfolgt die Temperierung des Arbeitsfluides 26 durch Wärmetauscher 27 im Gegenstromverfahren. Zusätzlich befinden sich weitere Wärmetauscher 27 an und/oder in den jeweiligen Druckniveauausgleichsbereichen 40. Im Fluidraum 74 wird eine annähernd isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides 26 umgesetzt. Aus diesem Grund ist an der Begrenzung dieses Fluidraums 74 ein Volumenausgleichskolben 68 angeordnet, damit das Volumen des Fluidraums 74 möglichst weitgehend konstant bleibt. Das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 26, das sich in den Fluidraum 75 eingeführt wird, wird annähernd isobare erhöht. Deshalb ist ein Kolben 30 an der Begrenzung des Fluidraums 75 angeordnet, der einen vorgegebenen Druck auf das Arbeitsfluid 26 ausübt, und der frei beweglich im Zylinder geführt wird. Es handelt sich um die schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen, die insgesamt mit 73 bezeichnet wird. Die Wärmetauscher, die an den vier Seiten der Vorrichtung eingezeichnet sind, können für die jeweilige 12 anders gestaltet werden. Die Wärmetauscher sind nur aus Gründen einer übersichtlichen Abbildung am Rand der Fluidräume 74, 75 dargestellt. Die Wärmetauscher werden im Bedarfsfall innerhalb der Fluidräume 74, 75 angeordnet. Für die Bauweise der Wärmetauscher 27 gibt es mehrere Möglichkeiten. Die Wärmetauscher 27 können beispielsweise aus Röhren bestehen, die durch die Fluidräume 74, 75 geführt werden. Die Röhren bzw. Leitungen können aus Kupfer oder Metalllegierungen mit Industriediamanten oder aus speziellen Kunststoffen bestehen. Außerdem oder ersatzweise können Kupferstäbe oder andere Bestandteile innerhalb der Fluidräume 74, 75 verlaufen, die die Wärmeübertragung zwischen dem Fluid zur Wärmeübertragung 21 und dem Arbeitsfluid 26 verbessern. Zwischen den wärmeleitenden Substanzen der Wärmetauscher 27 werden Isolatoren angeordnet um die Wärmeleitung innerhalb der Wärmetauscher 27 möglichst weitgehend zu vermeiden. Mit den folgenden Fig. werden die Wärmetauscher aus Gründen der übersichtlichen Darstellung weniger komplex dargestellt. Das Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung 21 oder der Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21, der das höchste Temperaturniveau aufweist, fließt in den Wärmetauschern 27 der oberen Seite der 12 von oben rechts nach links. Der selbe Strom oder ein anderer Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21, der ein Temperaturniveau aufweist, welches unterhalb des Temperaturniveaus des Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21 liegt, der für die Wärmetauscher der oberen Seite eingesetzt wird, wird an der linken Längsseite durch die Wärmetauscher 27 der 12 von oben nach unten geleitet. Der Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21 der ein niedriges Temperaturniveau besitzt, als die oben erwähnten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung 21 wird durch die Wärmetauscher der rechten Längsseite von unten nach oben geführt. Der Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21 der das niedrigste Temperaturniveau aufweist, wird an der unteren Seite der 12 durch die Wärmetauscher 27 von links unten nach rechts unten geleitet. An der unteren Seite der 12 ist eine Weiterleitung 76 für das Fluid zur Wärmeübertragung eingezeichnet. Das Fluid zur Wärmeübertragung 21 temperiert das Arbeitsfluid 26 im Gegenstromverfahren. Wenn die Strömungsrichtung des Fluides zur Wärmeübertragung 21 in die entgegengesetzte Richtung verläuft, wird die Strömungsrichtung des Arbeitsfluides 26 innerhalb der Weiterleitung 76 gedreht, damit das Fluid zur Wärmeübertragung 21 mit der passenden Strömungsrichtung, entgegengesetzt der Strömungsrichtung des Arbeitsfluides 26, in die Wärmetauscher 27 geleitet wird. Dies kann erforderlich sein, wenn mehrere 12 nebeneinander angeordnet werden und eine bestimmte Strömungsrichtung des Fluides zur Wärmeübertragung 21 vorgegeben ist. Die 12 stellt eine reduzierte und kompakte Bauweise der 10 dar. Aufgrund der Bauweise der 12 ist die direkte Anordnung von mehreren 12 möglich. Die 12 können nebeneinander bzw. horizontal angeordnet und/oder übereinander bzw. vertikal und/oder ineinander angeordnet werden. An jeder Seite der 12 können Wärmetauscher 27 angeordnet werden. Dies gilt auch für die Innenseiten der 12. Bei der Anordnung der Wärmetauscher 27 sollte berücksichtigt werden, dass die Volumen der Druckniveauausgleichsbereiche 40 eine ausreichende Größe aufweisen. Weitere Erläuterungen zu der 12 sind den Beschreibungen zur 4 sowie den vorstehenden Fig. zu entnehmen. Die 12 weist eine abweichende Bauweise auf und dient zur Erklärung der folgenden Fig.
Die 13 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen, die zwei 12 umfasst, die nebeneinander angeordnet werden. Das Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung 21 oder der Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21, der das höchste Temperaturniveau aufweist, fließt in den Wärmetauschern 27 der linken Längsseite der ersten 12 von oben nach unten. Der Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21, der das niedrigste Temperaturniveau besitzt, wird an der rechten Längsseite der zweiten 12 durch die Wärmetauscher 27 von unten nach oben geführt. Zwischen den beiden 12 befinden sich weitere Wärmetauscher 27. An der rechten Längsseite der ersten 12 gehen die Wärmetauscher der ersten 12 durch den Fluidraum 75 der zweiten 12. Daher, in der Mitte der beiden 12 temperiert das Arbeitsfluid 26 der ersten 12 das Arbeitsfluid 26 der zweiten 12. An den unteren und oberen Seiten der Fluidräume, an denen keine Wärmetauscher 27 angeordnet sind, befinden sich stabilisierende und wärmeisolierte Begrenzungen 78. Es handelt sich um die schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen, die insgesamt mit 77 bezeichnet wird. Weitere Erläuterungen zu der 13 sind den Beschreibungen der vorstehenden Fig. zu entnehmen. Die 13 dient zur Erklärung der folgenden Fig.
Die 14 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen, die eine Anordnung von mehreren 13 aufweist. Drei 13 sind nebeneinander angeordnet. Diese bilden eine Reihe, die von oben und unten durch eine wärmeisolierte Wand abgeschirmt ist. Acht Reihen mit den 13 sind zudem übereinander angeordnet. Eine 13 besteht aus zwei Vorrichtungen 79. Insgesamt besteht die 14 aus 48 Vorrichtungen 79. Das Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung 21 oder der Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21, der das höchste Temperaturniveau aufweist, fließt in den Wärmetauschern der linken Längsseiten der linken äußeren Vorrichtungen 79 von oben nach unten. Das Temperaturniveau des Stroms des Fluides zur Wärmeübertragung 21 wird aufgrund der Temperierung des Arbeitsfluides der Vorrichtungen 79 nach unten hin niedriger. Der Strom des Fluides zur Wärmeübertragung 21, der das niedrigste Temperaturniveau besitzt, wird durch die Wärmetauscher an der rechten Längsseite der rechten äußeren Vorrichtungen 79 von unten nach oben geführt. Das Temperaturniveau dieses Stroms des Fluides zur Wärmeübertragung 21 wird aufgrund der Temperierung des Arbeitsfluides der Vorrichtungen 79 nach oben hin höher. Zwischen den Seiten der Vorrichtungen 79, die nicht an einen äußeren/externen Strom des Fluides zur Wärmeübertragung grenzen, erfolgt der Wärmeaustausch über die Wärmetauscher der rechten und linken Längsseiten der Vorrichtungen 79. Es handelt sich um die schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen, die insgesamt mit 80 bezeichnet wird. Mit dieser Vorrichtung wird eine Annäherung an die Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen umgesetzt, die mit dem 1. Diagramm der 1 und mit der 9 dargestellt werden. Eine große Temperaturniveaudifferenz wird mit Hilfe einer hohen Anzahl von Vorrichtungen 79 in denen ein Kreislauf mit einem Arbeitsfluid eingesetzt wird, genutzt. Eine große Temperaturniveaudifferenz wird in mehrere kleinere Temperaturniveaudifferenzen aufgeteilt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass innerhalb der Anordnung der Vorrichtungen 79 weitere Vorrichtungen angeordnet werden, die ein Fluid für den Phasenwechsel enthalten und die Temperaturniveaudifferenzen erzeugen. Die erzeugten Temperaturniveaudifferenzen können von den Vorrichtungen 79 genutzt werden. Die Anzahl und die Anordnung der Vorrichtungen 79 sind für die jeweilige 14 unterschiedlich. Die Fig., die für eine Nutzung der thermischen Energie besonders geeignet sind, sind die 2, 3, 4, 6, 14. Die anderen Fig. sind zur Erläuterung und/oder vollständigkeitshalber angeführt. Aufgrund des Einsatzes der vorstehenden 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 12, 13, 14 wird eine bestimmte Wärmemenge abgebaut. Wenn der Wirkungsgrad einer Anlage, die eine oder mehrere diese Fig. und/oder Varianten dieser Fig. umfasst, einen Wirkungsgrad aufweist, der so groß ist, dass diese Wärmemenge aus einem teilweise wärmeisolierten Raum entfernt werden kann, in dem eine Temperaturniveaudifferenz erzeugt wird, kann eine weitere Temperaturniveaudifferenz geschaffen werden, weil die Wärmemenge, die abgebaut wird, in diesen getrennten Raum nachgeführt werden muss. Aus diesem Grund können in einer Anlage, die eine oder mehrere dieser Fig. und/oder Varianten dieser Fig. umfasst, Temperaturniveaudifferenzen geschaffen werden. Die geschaffenen Temperaturniveaudifferenzen können für die Erzeugung von Kälte und/oder Arbeit verwendet werden. Außerdem besteht bei einigen der vorstehenden Fig. unter anderem die Möglichkeit, dass an der Stelle des Arbeitsfluides ein Fluid für den Phasenwechsel eingesetzt wird.
Aufgrund der Beschreibungen der oben angeführten Fig., Verfahren und/oder Vorrichtungen sowie deren Bestandteile und Möglichkeiten können Verfahren und/oder Vorrichtungen berechnet und/oder umgesetzt werden, die eine optimale Nutzung der thermischen Energie ermöglichen. Außerdem können Temperaturniveaudifferenzen erzeugt und/oder genutzt werden. Zudem können diese Möglichkeiten weitgehend an das jeweilige Prozessziel angepasst werden. Ferner können Kombinationen und/oder Varianten dieser Möglichkeiten berechnet und/oder umgesetzt werden, bei denen weitere Verfahren und/oder Vorrichtungen berücksichtigt werden.
Es folgt eine allgemeine Einschätzung der Anwendungsmöglichkeiten. Die beschriebenen Verfahren und/oder Vorrichtungen können eingesetzt werden, um thermische Energie und/oder Temperaturniveaudifferenzen zu nutzen und/oder um Temperaturniveaudifferenzen zu erzeugen. Der Einsatz kann ich Bereichen erfolgen, in denen Motoren, Kraftwerke, Sonnenkollektoren, Kühl- und Klimatisierungsvorrichtungen sowie Energiespeicher verwendet werden. Die DE 10 2013 114 159 A1 vom 12.04.2013 sowie die vorstehenden Erläuterungen ermöglichen und/oder optimieren die Nutzung von thermischer Energie und die Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen. In Abhängigkeit von dem Umfang, mit der die Innovationen unterstützt und umgesetzt werden, können weitere Innovationen entwickelt und eingesetzt werden, die die Möglichkeiten für ein nachhaltiges und umweltfreundliches Wirtschaftswachstum verbessern. Die Prioritäten sollten dabei auf den Schutz und der Unterstützung der Innovationen liegen. Sie sind wichtiger als die jeweiligen Ausführungen, denn die Innovationen können entsprechend angepasst werden. Das Wirtschaftswachstum ist abhängig von den politischen Rahmenbedingungen, der Bevölkerungsentwicklung und dem jeweiligen Standort etc. Eine Voraussetzung für ein nachhaltiges Wirtschaftswachstum ist die Optimierung der Nutzung von thermischer Energie. Eine Alternative zu dieser Optimierung ist zur Zeit nicht in Sicht. Die Anlagen, bei denen zur Zeit keine thermische Energie genutzt wird, zum Beispiel Windkraftanlagen oder Solarzellen, können nur einen geringen Anteil des benötigten Energiebedarfes erzeugen. Eine Speicherung von Energie ist im erforderlichen Umfang zur Zeit nicht möglich. Die Wärme, die durch die Sonneneinstrahlung entsteht, wird überwiegend in Wasser gespeichert. Die Wärmemenge, die aufgrund des Klimawandels durch eine Überhitzung der Ozeane gespeichert wurde, umfasst weit mehr als den Energiebedarf Deutschlands und den der meisten übrigen Länder.
Ein Teil der vorstehenden Fig. wurde am 14.05.2015 beim Informationszentrum Technik und Patente in Dortmund eingereicht. Die damals eingereichte Darstellung wird durch die vorliegende ersetzt. Die Experten sind zur Verschwiegenheit verpflichtet. Zudem werden Motoren, Kraftwerke und vergleichbare Vorrichtungen eingesetzt, deren Wirkungsgrade weit unterhalb des Carnot-Wirkungsgrades liegen. Außerdem hat das Patentamt die Bearbeitung der DE 10 2013 114 159 A1 noch nicht abgeschlossen. Deshalb können die vorstehenden Innovationen in dieser Bedeutung nicht bekannt sein.
Bezugszeichenliste
Fig. 1,

1 Diagramm einer Aufteilung einer Temperaturniveaudifferenz in mehrere Temperaturniveaudifferenzen, Darstellung von Kreisläufen, in denen das Temperaturniveau des Arbeitsfluids unter anderem annähernd isobar erhöht wird, die Anzahl und Position der Kreisläufe kann variieren, 2 Diagramm einer Aufteilung einer Temperaturniveaudifferenz in mehrere Temperaturniveaudifferenzen, Darstellung von Kreisläufen, in denen das Temperaturniveau des Arbeitsfluids unter anderem annähernd isochor erhöht wird, die Anzahl und Position der Kreisläufe kann variieren, 3 Phase einer annnähernd isobare Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides eines Kreislaufes, 4 Phase einer annähernd isochoren Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluids eines Kreislaufes, 5 verkürzte Darstellung eines Kreislaufes, der unter anderem aus einer Erhöhung des Temperaturniveaus, aus einer Expansion, aus einer Verringerung des Temperaturniveaus und aus einer Kompression des Arbeitsfluids besteht, als Beispiel im Diagramm 1 mit den Bestandteilen 3 und 4 und als weiteres Beispiel im Diagramm 2 mit den Bestandteilen 5 und 6 andere Beispiele und/oder Varianten sind abzuleiten, 6 Phase einer annnähernd isochoren Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides eines Kreislaufes, 7 Phase einer annähernd isochoren Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluids eines Kreislaufes, 8 bis 55 –, 56 größte Temperaturniveaudifferenz, 57 Temperaturniveaudifferenz, die zum Beispiel innerhalb eines Kreislaufes genutzt werden kann,

Fig. 2,

8 Vorrichtung, verkürzte Darstellung, 9 innerer Zylinder, 10 äußerer zweiter Zylinder, 11 äußerer dritter Zylinder, der innerhalb bestimmter Bereiche an 10 angeordnet ist, äußere wärmeisolierte Wand für die Fluidräume für das Fluid zur Wärmeübertragung 21, 12 innerer Zylinderraum mit dem Arbeitsfluid, 13 äußerer zweiter Fluidraum mit dem Fluid für den Phasenwechsel, 14 Kolben oder Plungerkolben oder gekoppelte Kolbenhäfte, 15 Isolationskörper des Kolbens, 16 Plungerkolben mit Isolationskörper, 17 Strömungshilfe des inneren Kolbenraums, die Form kann variieren, vereinfachte Darstellung der Form der Strömungshilfe, 18 Stange für die Bewegung der Strömungshilfe im inneren Zylinderraum, 19 Strömungshilfe des äußeren zweiten Kolbenraums, die Form kann unterschiedlich sein, 20 Stange für die Bewegung der Strömungshilfe im äußeren zweiten Zylinderraum, 21 Fluid zur Wärmeübertragung, 22 Stange für die Bewegung der Verdränger der Fluidräume für das Fluid zur Wärmeübertragung, 23 bis 25 –, 26 Arbeitsfluid im Fluidraum 12, 27 bis 36 –, 37 Zuleitungen und Abführungen für das Fluid zur Wärmeübertragung 21, 38 Leitung für die Zuführung oder Ableitung des Arbeitsfluides 26 (optional), 39 bis 57 –, 58 Fluid für den Phasenwechsel im Fluidraum 13,

Fig. 3,

9 innerer Zylinder, 10 äußerer zweiter Zylinder, in der oberen Darstellung an einer Stelle, an der keine Fluidräume mit dem Fluid zur Wärmeübertragung an der äußeren Wand anliegen, 11 äußerer dritter Zylinder, der innerhalb bestimmter Bereiche um den Zylinder 10 angeordnet ist, Wand für die Fluidräume für das Fluid zur Wärmeübertragung, 14 Kolben oder Plungerkolben oder gekoppelte Kolbenhäfte, 16 Plungerkolben mit Isolationskörper, 17 äußerer Rand der Strömungshilfe des inneren Kolbenraums, die Form kann variieren, 19 äußere Ränder der Strömungshilfe des äußeren zweiten Kolbenraums, die Form kann unterschiedlich sein,

Fig. 4,

21 Fluid zur Wärmübertragung, 22 –, 23 Vorrichtung, 24 wärmeisolierter Fluidraum für die annähernd isochore (und/oder annähernd isobare) Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides, 25 wärmeisolierter Fluidraum für die annähernd isobare (oder annähernd isochore) Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides, 26 Arbeitsfluid, 27 Wärmetauscher, 28 Kolbenstange des Kolbens für die Kompression des Arbeitsfluides, 29 Kolbenstange des Kolbens für die Expansion des Arbeitsfluides, 30 Kolbenstange des Kolbens für die Druckniveauregulierung und/oder für die Druckeinstellung und/oder für die Nutzung einer Druckniveauänderung des Arbeitsfluides und/oder für den Ausgleich einer Volumenveränderung, 31 Kolbenstange des Kolbens für den Ausgleich einer Volumenveränderung und/oder für die Druckniveauregulierung und/oder für die Druckeinstellung und/oder für die Nutzung einer Druckniveauänderung des Arbeitsfluides, 32 und 33 wärmeisolierte Kolben für die Verschiebung des Arbeitsfluides innerhalb des Fluidraums 24 (verkleinerte Darstellung der Begrenzung des Kolbens zum Kolbenraum, optional), 34 und 35 wärmeisolierte Kolben für die Verschiebung des Arbeitsfluides innerhalb des Fluidraums 25 (verkleinerte Darstellung der Begrenzung des Kolbens zum Kolbenraum, optional), 36 Vorrichtung zur Weitergabe der Kraftübertragung der Kolbenstangen, 37 wärmeisolierte Zuleitungen und Abführungen für das Fluid zur Wärmeübertragung 21, die mit den Wärmetauschern 27 verbunden sind, 38 Leitung für die Zuführung oder Ableitung des Arbeitsfluides 26 (optional), 39 Druckbehälter (optional), 40 Druckniveauausgleichsbereich,

Fig. 5,

17 Strömungshilfe, die Form kann variieren, 21 Fluid zur Wärmeübertragung, 22 Stange für die Bewegung der Verdränger der Fluidräume für das Fluid zur Wärmeübertragung, 24 wärmeisolierter Fluidraum für die annähernd isochore (oder annähernd isobare) Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides, 31 Kolbenstange des Kolbens für den Ausgleich der Volumenveränderung und/oder für die Druckniveaueinstellung und/oder für die Nutzung einer Druckniveauänderung, 32 und 33 Kolben für die Verschiebung des Arbeitsfluides innerhalb des Fluidraums 24 (verkleinerte Darstellung der Begrenzung des Kolbens zum Kolbenraum, optional), 37 wärmeisolierte Zuleitungen und Abführungen für das Fluid zur Wärmeübertragung 21, die mit den Wärmetauschern 27 verbunden sind, oder mit Wand des äußeren zweiten Zylinders, 38 Leitung für die Zuführung oder Ableitung des Arbeitsfluides 26 (optional), 39 Druckbehälter (optional), 40 Druckniveauausgleichsbereich, 41 Vorrichtung, 42 oberer Kolben, 43 unterer Kolben im Zylinderraum für die annähernd isochore Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides, 44 wärmeisolierte Wand des äußeren zweiten Zylinders, Außenwand der Räume für das Fluid zur Wärmeübertragung 21, 45 Bereich des Kolbenraums mit den Kolben 42, 43 und der Strömungshilfe 17 und den Räumen 44 für das Fluid zur Wärmeübertragung 21,

Fig. 6,

21 Fluid zur Wärmeübertragung, 26 Arbeitsfluid, 27 Wärmetauscher, 37 wärmeisolierte Zuleitungen und Abführungen für das Fluid zur Wärmeübertragung 21, die mit den Wärmetauschern 27 verbunden sind, 38 Leitung für die Zuführung oder Ableitung des Arbeitsfluides 26 (optional), 39 Druckbehälter (optional), 46 Vorrichtung, 47 unterer wärmeisolierter Kolben, 48 oberer wärmeisolierter Kolben, 49 Kolben für die Regulierung und/oder Nutzung des Druckniveaus und/oder für die Regulierung des Abstandes des unteren und oberen Kolbens voneinander, 50 Fluid zur Kraftübertragung, 52 Vorrichtung zur Kraftübertragung, 53 Kolben für die Regulierung und/oder Nutzung des Druckniveaus (optional),

Fig. 7,

21 Fluid zur Wärmeübertragung, 26 Arbeitsfluid, 37 wärmeisolierte Zuleitungen und Abführungen für das Fluid zur Wärmeübertragung 21, die mit den Wärmetauschern verbunden sind, 38 Leitungen für die Zuführung oder Ableitung des Arbeitsfluides 26, 39 Druckbehälter (optional), 47 unterer wärmeisolierter Kolben, 48 oberer wärmeisolierter Kolben, 49 Kolben für die Regulierung und/oder Nutzung des Druckniveaus und/oder für die Regulierung des Abstandes des unteren und oberen Kolbens voneinander, 50 Fluid zur Kraftübertragung, 52 Vorrichtung zur Kraftübertragung, 54 Vorrichtung, 55 Isolatoren, Verdränger,

Fig. 8,

56 größte Temperaturniveaudifferenz, 57 Temperaturniveaudifferenz, die zum Beispiel innerhalb eines Kreislaufes genutzt werden kann, 58 –, 59 Diagramm einer Aufteilung einer Temperaturniveaudifferenz in mehrere Temperaturniveaudifferenzen, Darstellung von Kreisläufen, in denen das Temperaturniveau des Arbeitsfluids unter anderem annähernd isobar erhöht wird, die Anzahl und Position der Kreisläufe kann variieren, 60 Fig. mit einem Kreislauf des Arbeitsfluides, 61 und 62 nicht genutzte Temperaturniveaudifferenzen aufgrund einer adiabatischen Kompression des Arbeitsfluides, 63 und 64 Temperaturniveaudifferenzen aufgrund einer adiabatischen Expansion des Arbeitsfluides,

Fig. 9,

56 größte Temperaturniveaudifferenz, 57 Temperaturniveaudifferenz, die zum Beispiel innerhalb eines Kreislaufes genutzt werden kann, 58 bis 64 –, 65 Diagramm einer Aufteilung einer Temperaturniveaudifferenz in mehrere Temperaturniveaudifferenzen, Darstellung von Kreisläufen, in denen das Temperaturniveau des Arbeitsfluids unter anderem annähernd isobar erhöht wird, die Anzahl und Position der Kreisläufe kann variieren, 66 Vorrichtung mit einem Kreislauf des Arbeitsfluides,

Fig. 10,

21 Fluid zur Wärmübertragung, 22 –, 23 –, 24 Fluidraum für die annähernd isochore (oder annähernd isobare) Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides, 25 Fluidraum für die annähernd isobare (oder annähernd isochore) Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides, 26 Arbeitsfluid, 27 Wärmetauscher, 28 Kolbenstange des Kolbens für die Kompression des Arbeitsfluides, 29 Kolbenstange des Kolbens für die Expansion des Arbeitsfluides, 30 und 31 Kolbenstange des Kolbens für die Druckniveauregulierung und/oder für die Druckeinstellung und/oder für die Nutzung einer Druckniveauänderung des Arbeitsfluides, 32 und 33 wärmeisolierte Kolben für die Verschiebung des Arbeitsfluides innerhalb des Fluidraums 24 (verkleinerte Darstellung der Begrenzung des Kolbens zum Kolbenraum, optional), 34 und 35 wärmeisolierte Kolben für die Verschiebung des Arbeitsfluides innerhalb des Fluidraums 25 (verkleinerte Darstellung der Begrenzung des Kolbens zum Kolbenraum, optional), 36 –, 37 Zuleitungen und Abführungen für das Fluid zur Wärmeübertragung 21, die mit den Wärmetauschern 27 verbunden sind, 38 Leitung für die Zuführung oder Ableitung des Arbeitsfluides 26 (optional), 39 Druckbehälter (optional), 40 Druckniveauausgleichsbereich, 67 Vorrichtung, 68 und 69 Kolbenstangen der getrennt geführten Kolben für den Ausgleich einer Volumenveränderung,

Fig. 11,

21 Fluid zur Wärmübertragung, 22 bis 25 –, 26 –, 27 Wärmetauscher, 28 Kolbenstange des Kolbens für die Kompression des Fluides für den Phasenwechsel, 29 Kolbenstange des Kolbens für die Expansion des Fluides für den Phasenwechsel, 30 und 31 Kolbenstange des Kolbens für die Druckniveauregulierung und/oder für die Druckeinstellung und/oder für die Nutzung einer Druckniveauänderung des Fluides für den Phasenwechsel, 32 und 33 wärmeisolierte Kolben für die Verschiebung des Fluides für den Phasenwechsel innerhalb des Fluidraums 71 (verkleinerte Darstellung der Begrenzung des Kolbens zum Kolbenraum, optional), 34 und 35 wärmeisolierte Kolben für die Verschiebung des Fluides für den Phasenwechsel innerhalb des Fluidraums 72 (verkleinerte Darstellung der Begrenzung des Kolbens zum Kolbenraum, optional), 36 –, 37 Zuleitungen und Abführungen für das Fluid zur Wärmeübertragung 21, die mit den Wärmetauschern 27 verbunden sind, 38 Leitung für die Zuführung oder Ableitung des Fluides für den Phasenwechsel 58 (optional), 39 Druckbehälter (optional), 40 Druckniveauausgleichsbereiche, 40 bis 57 –, 58 Fluid für den Phasenwechsel, 59 bis 67 –, 68 und 69 Kolbenstangen der getrennt geführten Kolben für den Ausgleich einer Volumenveränderung, 70 Vorrichtung, 71 Fluidraum für die annähernd isobare (oder annähernd isochore) Erhöhung des Temperaturniveaus des Fluides für den Phasenwechsel, 72 Fluidraum für die annähernd isobare (oder annähernd isochore) Verringerung des Temperaturniveaus des Fluides für den Phasenwechsel,

Fig. 12,

21 Fluid zur Wärmübertragung, 22 bis 25 –, 26 Arbeitsfluid, 27 Wärmetauscher, 28 Kolbenstange des Kolbens für die Kompression des Arbeitsfluides, 29 Kolbenstange des Kolbens für die Expansion des Arbeitsfluides, 30 Kolbenstange des Kolbens für die Druckregulierung und/oder für die Druckeinstellung und/oder für die Nutzung einer Druckniveauänderung des Arbeitsfluides, 31 bis 37 –, 38 Leitung für die Zuführung oder Ableitung des Arbeitsfluides 26 (optional), 39 Druckbehälter (optional), 40 Druckniveauausgleichsbereiche, 41 bis 67 –, 68 Kolbenstange des Kolbens für den Ausgleich einer Volumenveränderung, 69 bis 72 –, 73 Vorrichtung, 74 Fluidraum für die isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides, 75 Fluidraum für die isobare Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides, 76 Weiterleitung für das Fluid zur Wärmeübertragung,

Fig. 13,

21 Fluid zur Wärmübertragung, 22 bis 25 –, 26 Arbeitsfluid, 27 Wärmetauscher, 28 bis 29 –, 30 Kolbenstange des Kolbens für die Druckregulierung und/oder für die Druckeinstellung und/oder für die Nutzung einer Druckniveauänderung des Arbeitsfluides, 31 bis 38 –, 39 Druckbehälter (optional), 40 bis 67 –, 68 Kolbenstange des Kolbens für den Ausgleich einer Volumenveränderung, 69 bis 73 –, 74 Fluidraum für die isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides, 75 Fluidraum für die isobare Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides, 76 –, 77 Vorrichtung, 78 wärmeisolierte Begrenzungen,

Fig. 14,

21 Fluid zur Wärmeübertragung, 21 bis 38 –, 39 Druckbehälter (optional), 40 bis 78 –, 79 Vorrichtungen, 80 Vorrichtung, die aus einer Anordnung von Vorrichtungen der 13 besteht, Anzahl und Anordnung der Vorrichtungen kann variieren.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013114159 A1 [0002, 0030, 0031, 0031, 0031, 0037, 0037, 0055, 0056]

Claims

Verfahren zur Nutzung von thermischer Energie aufgrund einer Verwertung einer Temperaturniveaudifferenz (56) durch Zustandsänderungen eines Arbeitsfluides (26) innerhalb von Kreislaufprozessen (5), die unter anderem aus einer Erhöhung des Temperaturniveaus, aus einer Expansion, aus einer Verringerung des Temperaturniveaus und aus einer Kompression des Arbeitsfluides (26) bestehen, wobei die zur Verfügung stehende Temperaturniveaudifferenz (56) in mehrere Temperaturniveaudifferenzen (57) aufgeteilt wird, und wobei der Wirkungsgrad durch diese Aufteilung insgesamt höher ist, als der Wirkungsgrad bei der Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz (56) ohne die Einteilung in mehrere Temperaturniveaudifferenzen (57).
Verfahren zur Nutzung von thermischer Energie aufgrund einer Verwertung einer Temperaturniveaudifferenz (56) durch Zustandsänderungen eines Arbeitsfluides (26) innerhalb von Kreislaufprozessen (5), die unter anderem aus einer Erhöhung des Temperaturniveaus, aus einer Expansion, aus einer Verringerung des Temperaturniveaus und aus einer Kompression des Arbeitsfluides (26) bestehen, wobei in mindestens einem Fluidraum (24) eine annähernd isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides (26) vor der Kompression erfolgt, und wobei in mindestens einem weiteren Fluidraum (25) eine annähernd isobare Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides (26) vor der Expansion erfolgt, und wobei in den Fluidräumen (24, 25) eine Temperierung des Arbeitsfluides (26) erfolgt, die mit einem Fluid zur Wärmeübertragung (21) annähernd im Gegenstromverfahren umgesetzt wird, und wobei die Kompression und die Expansion des Arbeitsfluides (26) überwiegend adiabatisch erfolgen, und wobei die abgeleiteten Ströme eines Fluides zur Wärmeübertragung (21) zur weiteren Nutzung weitergeleitet werden.
Vorrichtung zur Nutzung von thermischer Energie aufgrund einer Verwertung einer Temperaturniveaudifferenz (56) durch Zustandsänderungen eines Arbeitsfluides (26) innerhalb von Kreislaufprozessen (5), die unter anderem aus einer Erhöhung des Temperaturniveaus, aus einer Expansion, aus einer Verringerung des Temperaturniveaus und aus einer Kompression des Arbeitsfluides (26) bestehen, wobei die bestehende Temperaturniveaudifferenz (56) in mehrere Temperaturniveaudifferenzen (57) aufgeteilt wird, die von mehreren Kreisläufen (5) genutzt werden, und wobei in einer Vorrichtung (80) eine direkte vertikale und/oder horizontale Anordnung von mehreren Vorrichtungen (79) erfolgt, die das vorstehende Verfahren nutzen.
Verfahren zur Nutzung von thermischer Energie aufgrund einer Verwertung einer Temperaturniveaudifferenz (56) durch Zustandsänderungen eines Arbeitsfluides (26) innerhalb von Kreislaufprozessen (5), die unter anderem aus einer Erhöhung des Temperaturniveaus, aus einer Expansion, aus einer Verringerung des Temperaturniveaus und aus einer Kompression des Arbeitsfluides (26) bestehen, wobei eine größere Temperaturniveaudifferenz (56) durch die Nutzung mehrerer kleinerer Temperaturniveaudifferenzen (57) abgebaut wird, und wobei die Nutzung der kleineren Temperaturniveaudifferenzen (57) zeitgleich erfolgt, und wobei diese Kreisläufe (5) mit einem Arbeitsfluid (26) innerhalb einer Vorrichtung (46) zur Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz (57) weniger als ein Viertel der zur Verfügung stehenden größeren Temperaturniveaudifferenz (56) nutzen, und wobei das Arbeitsfluid (26) während des Zeitraumes der jeweiligen Zustandsänderungen durch eine Verschiebung von Kolben (47, 48) an die passenden Temperaturniveaubereiche der Wärmetauscher (27) geführt wird, die zu den jeweiligen Zustandsänderungen des Arbeitsfluides (26) ein annähernd geeignetes Temperaturniveau aufweisen, und wobei die Verschiebung des gesamten Volumens des Arbeitsfluides (26) für die Temperierung des Arbeitsfluides innerhalb von Kreisläufen (5) weniger als ein Viertel der Verschiebung ausmacht, für die das Arbeitsfluid (26) bei einer vollständigen Verschiebung für die Erfassung der gesamten zur Verfügung stehenden größeren Temperaturniveaudifferenz (57) verschoben werden müsste.
Verfahren zur Nutzung von thermischer Energie und/oder zur Erzeugung und/oder Verwertung einer Temperaturniveaudifferenz, durch Zustandsänderungen eines Arbeitsfluides (26) und eines Fluides für den Phasenwechsel (58) wobei in einer Vorrichtung (8) während der Zustandsänderungen des Arbeitsfluides (26) und des Fluides für den Phasenwechsel (58) eine direkte Wärmeübertragung zwischen dem Arbeitsfluid (26) und dem Fluid für den Phasenwechsel (58) erfolgt, sofern keine annähernd adiabatische Kompression und/oder keine annähernd adiabatische Expansion durchgeführt wird, und wobei dieser Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsfluid (26) und dem Fluid für den Phasenwechsel (58) sowie ein weiterer Wärmeaustausch mit einem Fluid zur Wärmeübertragung (21), der zeitweise erfolgt, durch den Einsatz zweckentsprechender Bestandteile (14, 16, 17, 19, 22) in geeigneter Weise beeinflusst wird.
Verfahren zur Nutzung von thermischer Energie aufgrund einer Verwertung einer Temperaturniveaudifferenz (56) durch Zustandsänderungen eines Arbeitsfluides (26) innerhalb von Kreislaufprozessen (5), die unter anderem aus einer Erhöhung des Temperaturniveaus, aus einer Expansion, aus einer Verringerung des Temperaturniveaus und aus einer Kompression des Arbeitsfluides (26) bestehen, wobei in mindestens einem Fluidraum (24) eine annähernd isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides (26) vor der Kompression erfolgt, und wobei diese annähernd isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides (26) mit einem Fluid zur Wärmeübertragung (21) annähernd im Gegenstromverfahren erfolgt, und wobei eine annähernd isochore Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides (26) in mindestens einem Kolbenraum (45) vor der Expansion durchgeführt wird, und wobei das Arbeitsfluid (26) zur isochoren Erhöhung des Temperaturniveaus zwischen mindestens zwei Kolben (42, 43) eines Kolbenraums (45) an Wärmetauschern vorbeigeführt wird, und wobei der Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsfluid (26) und dem Fluid zur Wärmeübertragung (21) durch mindestens eine Strömungshilfe (17) und/oder mindestens einer zweckentsprechenden Vorrichtung, die zwischen mindestens zwei Kolben (42, 43) angeordnet ist, beeinflusst wird, und wobei das Arbeitsfluid (26) zwischen den Kolben (42, 43) vor der annähernd isochoren Temperierung des Arbeitsfluides (26) komprimiert wird, und wobei das Arbeitsfluid (26) zwischen den Kolben (42, 43) nach der annähernd isochoren Temperierung des Arbeitsfluides (26) expandiert wird, und wobei die abgeleiteten Ströme eines Fluides zur Wärmeübertragung (21) zur weiteren Nutzung weitergeleitet werden.
Verfahren zur Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen, aufgrund von Zustandsänderungen eines Fluides für den Phasenwechsel (58), wobei in mindestens einem Fluidraum (71) eine annähernd isobare oder eine annähernd isochore Erhöhung des Temperaturniveaus des Fluides für den Phasenwechsel (58) mit einem Fluid zur Wärmeübertragung (21) annähernd im Gegenstromverfahren erfolgt, die vor einer Kompression des Fluides für den Phasenwechsel (58) durchgeführt wird, und wobei diese annähernd isobare oder annähernd isochore Erhöhung des Temperaturniveaus des Fluides für den Phasenwechsel (58) vor einer Kompression, durch den Einsatz mindestens eines Kolbens (31) für den Druckausgleich oder durch den Einsatz mindestens eines Kolbens (68) für den Ausgleich der Volumenveränderung beeinflusst wird, und wobei in mindestens einem weiteren Fluidraum (72) eine annähernd isobare oder eine annähernd isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Fluides für den Phasenwechsel (58) mit einem Fluid zur Wärmeübertragung (21) annähernd im Gegenstromverfahren erfolgt, die vor einer Expansion des Fluides für den Phasenwechsel (58) durchgeführt wird, und wobei diese annähernd isobare oder annähernd isochore Verringerung des Temperaturniveaus des Fluides für den Phasenwechsel (58) vor einer Expansion, durch den Einsatz mindestens eines Kolbens (30) für den Druckausgleich oder durch den Einsatz mindestens eines Kolbens (69) für den Ausgleich der Volumenveränderung beeinflusst wird, und wobei die abgeleiteten Ströme eines Fluides zur Wärmeübertragung (21) zur weiteren Nutzung weitergeleitet werden.
Verfahren zur Erzeugung und/oder Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen (56) durch Zustandsänderungen eines Arbeitsfluides (26) und/oder eines Fluides für den Phasenwechsel (58) wobei der Wärmeaustausch zwischen einem Arbeitsfluid (26) und/oder einem Fluid für den Phasenwechsel (58) und/oder einem Fluid zur Wärmeübertragung (58) aufgrund der Berücksichtigung aller wesentlichen Bedingungen soweit optimiert wurde, dass eine weitere wesentliche praktisch umsetzbare Optimierung des Wärmeaustausches nicht mehr möglich ist.
Verwendung des Temperaturniveaus einer Raumtemperatur um mit einem oder mehreren Verfahren und/oder um mit einer oder mehreren Vorrichtungen nach den vorherigen Ansprüchen Arbeit zu erzeugen.
Verwendung von einem oder mehreren Verfahren und/oder von einer oder mehreren Vorrichtungen nach den vorhergehenden Ansprüchen in einer Anlage zur Erzeugung einer höherwertigen Energie aufgrund der Nutzung der Umgebungstemperatur.