DE2649074A1 - Kombiniertes zweikreiswaermepumpsystem - Google Patents

Description

• Kombiniertes Zweikreiswärmepumpsystem
• Die Erfindung bezieht sich auf mit Wärme betriebene Wärmepwnpsysteme, die mit freien Kolben ausgerüstet sind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Expansions--und Kompressionsvorrichtung und auf ein Verfahren zum Antrieb des freien Kolbens in der Expansions- und Kompressionsvorrichtung mittels eines Arbeitsmittels, so daß die kinetische Energie des freien Kolbens von dem Arbeitsmittel aufgenommen wird Aus Mangel an Brennstoff für Verbrennungsvorgänge werden Alternativen zu den elektrisch betriebenen Warmepurnpsystemen und den mit Warme betriebenen Wurmepumpsystemen, die mit der notwendigen Warme durch Verbrennungsvorgänge versorgt werden, gesucht. Eine schon erwogene Alternative zu den Verbrennungsvorgängen bietet die Nutzung der Sonnenenergie, um ein mit Wärme betriebenes Wärmepumpsystem mit der zum Antrieb notwendigen Wärme zu versorgen. Ein mit Wärme betriebenes Zweikreiswarmepumpsystem, das eine linear bewegte Expansions- und Kompressionsvorrichtung mit freien Kolben benutzt, ist bekannt. Jedoch können diese Expansions-und Kompressionsvorrichtungen mit freien Kolben nur in sehr beschränkten Temperaturbereichen des Wärmekraftbedarfs nutzbar und leistungsfähig funktionieren, und um angemessene Leistungsfähigkeiten zu erreichen, erfordern sie zum Antrieb des Systems verhältnismäßig hohe Mindesttemperaturen. Da das Wärme leistungsvermögen derzeitig vorhandener Sonnenenergiesammelsysteme während einer vierundzwanzigstündigen Zeitspanne immer sehr schwankt, und da außerdem diese Sonnenenergiesammelsysteme auch unter den günstigsten Umständen nur für einen kurzen Zeitabschnitt im Laufe einer vierund-.
• zwanzigstündigen Zeitspanne die für das Zweikreiswärmepumpsystem erforderlichen hohen Arbeitstemperaturen sammeln können, war es notwendig, um die Wärmeenergie hoher Temperaturen zu sammeln und für den sp.teren Gebrauch erreichbar aufzuspeichern, entweder einen großen mit einem Wurmespeichersystem verbundenen Sammler oder einen Verbrennungsvorgang zu nützen, der die von der Sonnenenergie erhaltene Wärme zum überwiegenden Teil der Arbeitszeit des Systems erganz. folglich war die Sonnereiiejgie außerstande, ein mit einer Expansions- und Kompressionsvorrichtung ausgestattetes Zweikreiswärmepumpsystem ökonomisch anzutreiben.
• Diese und andere Schwierigkeiten und Nachteile des bekannten Standes der Technik werden durch diese Erfindung dadurch überwunden, daß sie mit geringen Temperaturen und Drucken des sich im Kraftkreis befindenden Arbeitsmittels betrieben werden kann. Solche Temperaturen und Drucke können von einem Sonnenenergiesammelsystem erreicht werden, um das Arbeitsmittel im Kraftkreis zu wi;rmen. Die Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem weiten Warme- und Druckbereich des Kraftkreisarbeitsmittels funktioniert, wobei die Leistungsf.higkeit über die gesamte Systemweite ohne selbsthemmende Drosselung auf dem höchsten Niveau verbleibt, was besonders wichtig ist, wenn zum Antreiben desselben Sonnenenergie benutzt wird. Die zeitweise in der sich linear bewegenden Masse des in der Expansions- und Kompressionsvorrichtung vorhandenen freien Kolbens gespeicherte kinetische Energie-wird auf das Arbeitsmittel des Systems zurückübertragen, damit sie meistens zurückgewonnen wird und weitere Drosslungsverluste vermieden werdeii. Diese Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß ihr Aufbau mit nur wenigen Triebwerks teilen in der Expansions- und Kompressionsvorrichtung unkompliziert ist, und daß sie sehr wenig Erhaltung erfordert.
• Die Anlage des Systems besteht aus einer Expansions- und Kompressionsvorrichtung mit einem oder mehreren verschieblichen freien Kolben. Jeder freie Kolben wird mit dem Arbeitsmittel sowohl des Kraftkreises, der nach dem Prinzip von Rankine arbeitet, als auch mit dem Arbeitsmittel des Kalte- oder Wärmepumpkreises, der von einem Dampfkompressionskreislauf angetrieben wird> durch ein zutreffendes Ventil- und Kontrollsystem wahlweise gekoppelt. Das Ventil-und Kontrollsystem verbindet wahlweise das Arbeitsmittel des Kraftkreises mit dem freien Kolben der Expansions- und Kompressionsvorrichtung, um somit den freien Kolben mit dem Arbeitsmittel linear anzutreiben und dem Kolben lineare kinetische Energie zu induzieren, um daraufhin das Arbeitsmittel des Wärmepumpkreises mit dem freien Kolben zu verbinden, in dem die kinetische Energie enthalten ist, so daß die lineare kinetische Energie, die zeitweilig in dem sich bewegenden Kolben verlagert ist, zurück in das Arbeitsmittel des Systems übertragen ird. Der Kraftkreis besteht aus einem Kocher, der Wärme von einer Wärmequelle, z.B. einem Sonnenenergie sammler erhält und dann diese Wärme dem Arbeitsmittel des Kraftkreises übermittelt, um das System anzutreiben; das Kälte- oder Warmepumpsystem besteht aus einem Verdampfer, der das Arbeitsmittel des Kälte- oder Warmepumpkreises aufnimmt und dann die Wärme von einem sich außen befindenden Medium zum Arbeitsmittel des Wärmepumpkreises übermittelt.
• Zum Kraftkreis und zum Kalte- oder Wärmepumpkreis gehört ein Kondensator, der das Arbeitsmittel sowohl des Kraftkreises als auch des Kälte- oder Warmekreises aufnimmt, um das Arbeitsmittel des Systems dadurch zu kühlen, daß die Wärme vom Arbeitsmittel einem sich außen befindenden Medium über- Arbeitsmittel des Systems dadurch zu kühlen, daß die Wärme vom Arbeitsmittel einem sich außen befindenden Medium übertragen wird.
• Das Verfahren dieser Erfindung umfaßt den Arbeitsvorgang eines Zweikreiswrmepiirripsystems mit einer Expansions- und Kompressionsvorrichtung, die mit einem linear beweglichen Gleitkolben ausgerüstet ist, einen Kraftkreis nach dem Prir.-zip von Rankine, der die Expansions- und Kompressionsvorrichtung antreibt und einen Dampfkompressionswarmepumpkreis, der von der Expansions-und Kompressionsvorrichtung angetrieben wird. Zudem umfaßt das Verfahren die Maßregeln der wahlweisen Kopplung sowohl des Arbeitsmittels des Kraftkreises mit dem linear beweglichen Kolben der Expansions- und Kompressionsvorrichtung, so daß der freie Kolben vom Arbeitsmittel des Kraftkreises so angetrieben wird, daß die kinetische Energie dem freien Kolben induziert wird, als auch die wahlweise Kopplung des Arbeitsmittels des Systems mit dem freien Kolben, so daß die lineare kinetische Energie, die zeitweilig im Kolben gespeichert ist, dem Arbeitsmittel des Systems infolge Kompressionsarbeit zurückübertragen wird.
• Diese und andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden durch die folgenden ausführlichen Beschreibungen und begleitenden Zeichnungen weitaus verstndlicher, in denen gleiche Hinweisziffern entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten kennzeichnen.
• Fig. 1 eine schematische Aiisicht einer Ausführungsform der Erfindurlg, die die Expansions- und Kompress ionsvorricitulle im Querschnitt darstellt, Fig. 2 eine graphische Darstellung, die den Druck in der Außenrbeitskammer der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform als Funktion der Kolbenverschiebung zeigt, Fig. 3 eine graphische Darstellung, die den Druck in der Innenarbeitskammer der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform als Funktion der kolbenverschiebung zeigt, Fig. 4 eine graphische Darstellung, die die Kolbengeschwindigkeit der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform als Funktion der Kolbenverschiebung zeigt.
• Aus Fig. 1 geht hervor, daß das Wärmepumpsystem 10 aus einer Expansions- und Kompressionsvorrichtung 11, einem Kocher 12, einem Verdampfer 14 und einem Kondensator 15 besteht. Der Auslaß 16 des Kochers 12 wird mit der Expansions- und Kompressionsvorrichtung 11 gekoppelt, um dieselbe anzutreiben.
• Der Auslaß 18 des Verdampfers 14 wird ebenso mit der Expansions- und Kompressionsvorrichtung 11 gekoppelt, um dieselbe mit dem zur Kompression bestimmten Arbeitsmittel zu versorgen. Der Einlaß 19 des Kondensators 15 wird mit der Expansions - und Kompressionsvorrichtung 11 gekoppelt, um das verdichtete Arbeitsmittel von derselben aufzunehmen. Der Auslaß 20 des Kondensators 15 wird mit dem Einlaß 21 des Verdampfers 14 durch ein konventionelles Expansionsventil 22 gekoppelt, und der Auslaß 20 des Kondensators 15 wird ebenso mit dem Einlaß 24 des Kochers 12 durch eine Hydraulikpumpe 25 verbunden. Also ist es erkennbar, daß das System 10 ein einziges Arbeitsmittel benutzt, und daß es ein Zweikreissystem ist, dessen Kraftkreis aus dem Kocher 12, der Expansions-und Kompressionsvorrichtung 11 und dem Kondensator 15 besteht, während der Kalte- oder Lärmekreis aus dem Verdampfer 14, der Expansions- und Kompressionsvorrichtung 11 und dem Kondensator 15 besteht. Einfachheitshalber wird der Kälte- oder Wärmepumpkreis hiernach bloß als Wärmepumpkreis bezeichnet, wobei zu verstehen ist, daß diese Bezeichnung ebenso den Kältekreis einschließt, da der einzige Unterschied zwischen einem Kältekreis und einem Wärmekreis darin besteht, daß das Arbeitsmittel, dessen Temperatur wunschgemäß kontrolliert wird> von dem Verdampfer in einem Kältekreis gekühlt wird und von einem Kondensator in einem Wärmekreis erwärmt wird. Im allgemeinen wird der Kraftkreis nach dem Prinzip von Rankine in Fig. 1 mit 30 gekennzeichnet, während im allgemeinen der Dampfkompressionswärmepumpkreis mit 31 in Fig. 1 gekennzeichnet wird. Zwischen dem Kocher 12 und einer Wärmequelle HS , z.B. einem Sonnenenergiesammler, besteht ein Wärmeaustausch; ebenso besteht ein Wurmeaustausch zwischen dem Verdampfer 14 aund einem zum Kühlen bestimmten Medium als auch zwischen dem Kondensator 15 und dem zum Warmen bestimmten Medium, was auf dem Gebiet der Pumptechnik bekannt ist.
• Die Expansions- und Kompressionsvc)rrichtung 11 ist eine Vorrichtung mit freien Kolben, die vom unter Hochdruck stehenden Arbeitsmittel des Kochers 12 so betrieben wird, daß sie das Arbeitsmittel des Systems verdichtet, um dann dasselbe in den Kondensator 15 zu entladen Während ein einzelner Kolben in der Expansions- und KomE)ressionsvorrichtung 11 benutzt werden kann, werden zwei freie Kolben dargestellt, um die Reaktionskrafte auszugleichen. Jeder der freien Kolben funktioniert synchron mit dem anderen freien Kolben, jedoch sind die jeweiligen Arbeitsleistungen der Kolben unterscheidbar, so daß der Arbeitsvorgang des einen freien Kolbens im wesentlichen dem des anderen gleicht. Deshalb wird nur der Arbeitsvorgang eines freien Kolbens beschrieben. Jene Bestandteile des einen freien Kolbens werden mit einem unter den Kennziffern stehenden Index a gekennzeichnet und jene Bestandteile des anderen freien Kolbens werden mit einem unter der Kennziffer stehenden Index b gekennzeichnet.
• Die Expansions- und Kompressionsvorrichtung 11 schließt einen länglichen Zylinder 32 mit einer Mittelachse AC ein. Der Zylinder 32 hat eine ringförmige, zylindrische Seitenwand 34, deren gegenüberliegende Enden mit den Endwänden 35 abgeschlossen werden und ist mit einer ringförmigen Stoßverbindung 36 rund um die Innenseite der Seitenwand 34 ausgestattet, um den Zylinder 32 in zwei Arbeitskammern 38a und 38b zu teilen, die durch die oeffnung der Stoßverbindung 36 miteinander verbunden sind.
• Ein freier Kolben 40 von festgesetztem Gewicht, der durch a die um den Umfang des freien Kolbens 40a montierten Umfassungsringe mit der Seitenwand 34 in Verbindung steht, ist in der Kammer 38a gleitbar gelagert. Daraus geht also hervor, daß der freie Kolben 40 die Kammer 38 in eine Außena a arbeitsunterkammer 42a> die zwischen dem Kolben 40 und der Endwand 35 liegt, und in eine Innenarbeitsunterkammer 46a, die zwischen dem Kolben 40a und der Stoßverbindung 36 liegt unterteilt.
• Gleichermaßen unterteilt der andere freie Kolben 40b die Kammer 38 in eine zwischen dem Kolben 40 und der Endwand b b 35 liegende Außenarbeitsunterkammer 42b und in eine zwischen dem Kolben 40b und der Stoßverbindung 36 liegende Innenarbeitsunterkammer 46b Beide Kolben 4°a und 40 sind gleitbar b beweglich in Richtung der Achse AC, ohne daß sie miteinander gekoppelt sind, so daß sich beide Kolben 40a und 40 gleichzeitig von der Stoßverbindung weg während ihrer Auswärtshübe nach außen und in Richtung der Stoßverbindung 36 während ih rer Einwartshübe nach innen bewegen können, was im weiteren klarer erscheinen wird.
• Jede Endwand 35 bestimmt eine außenliegende Kochereinlaßöffnung 500 zu den jeweiligen Außenarbeitsunterkammern 42 und a 4%. Jede öffnung 500 wird mit dem Auslaß 16 des Kochers 12 durch ein außenliegendes Kocherventil V1O verbunden. Jede Endwand 35 bestimmt ebenso eine außenliegende Verdampfereinlaßöffnung 510 zu den jeweiligen Außenarbeitsunterkammern 42a und 42b. Jede öffnung 510 wird mit dem Auslaß des Verdampfers 14 durch ein außenliegendes Verdampferrückschlagventil V20 gekoppelt, so daß das Arbeitsmittel nur vom Verdampfer 14 in die Außenarbeitsunterkammern 42a und 42b fließen kann. An der Verbindung der Seitenwand 34 mit jeder der beiden Endwände 35 bestimmt die Seitenwand 34 eine durch sie hindurchführende außenliegende Arbeitsöffnung 52 zu den je-0 jeweiligen Arbeitsunterkammern 42 und 42 und eine durch sie a b hindurchführende außenliegende Kondensatorauslaßöffnung 54 0 die sich in einer von der Innenseite jeder Endwand 35 festgesetzten Entfernung d befindet. Jede außenliegende Kondensatorauslaßöffnung 54Q ist mit dem Einlaß zum Kondensator 15 0 durch ein außenliegendes Kondensatorkontrollventil V30 und ein außenliegendes Kondensatorrückschlagventil V40 verbunden, während jede außenliegende Arbeitsöffnung 52 mit dem angegliederten Kondensatorkontrollventil V30 zur Kontrolle derselben verbunden ist.
• Die Lage der innenliegenden Kochereinlaßöffnung 50i zu den beiden Innenarbeitsunterkammern 46 und 46b wird durch die a Seitenwand 34 und die Stoßverbindung bestimmt. Jede Öffnung 50i ist durch ein innenliegendes Kochereinlaßventil Vli mit dem Auslaß 16 des Kochers 12 verbunden. Ebenso wird die Lage einer innenliegenden Verdampfereinlaßöffnung 51i bestimmt, die durch die Seitenwand 34 und die Stoßverbindung 36 zu den beiden Innenarbeitsunterkammern 46a und 46b führt. Jede öffnung 51i ist mit dem Auslaß des Verdampfers 14 durch ein innenliegendes Verdampfereinlaßrückschlagventil V2i gekoppelt, das den Fluß des Arbeitsmittels nur vom Verdampfer 14 zu den Unterkammern 46a und 46b zuläßt. An der Verbindung der Seitenwand 34 mit den gegenüberliegenden Seiten der Stoßverbindung 36 bestimmt die Seitenwand 7 ebenso eine innenliegende Arbeitsöffnung 52i, die durch sie hindurch zu den jeweiligen Arbeitsunterkammern 46a und 46b führt, und in einer festgesetzten Entfernung di von der Mitte der Stoßverbindung 36 wird eine innenliegende Kondensatorauslaßöffnung 54i in der Seitenwand 34 bestimmt. Jede innen;iegende Kondensatorauslaßöffnung 54. ist mit dem Einlaß des Kondensators 15 durch ein innenliegendes Kondensatorkontrollventil V3i und ein innenliegendes Kondensatorruckschlagventil V4i verbunden, während jede innenliegende Arbeitsöffnung 52. mit ihrem angegliederten innenliegenden Kondensatorkontrollventil V3i zur Kontrolle derselben gekoppelt ist.
• Obwohl getrennte innenliegende Kochereinlaßöffnungen 50i, innenliegende Verdampfereinlaßöffnungen 51i, innenliegende Arbeitsöffnungen 52i und innenliegende Kondensatorauslaßöffnungen 54i dargestellt werden, ist es so zu verstehen, daß die getrennten Öffnungen zu gemeinsamen Öffnungen verbunden werden können, ohne den Arbeitsvorgang bedeutend zu beeinflussen. Die getrennten Kocherventile V1i, Verdampferventile V2i und die Kondensatorventile V3i und V4i können gleichfalls verbunden werden, um die getrennten Ventile zu vereinigen.
• Die Ventile Vlo-V40 und Vli-V4i kontrollieren den Arbeitsvorgang des Systems. Die Ventile 1tlo und Vli sind beide mit dem Auslaß 16 des Kochers 12 parallel verbunden. Die Ventile V20 und V2i sind beide mit dem Auslaß 18 des Verdampfers 14 parallel verbunden. Die Ventile V30 und V3i sind mit ihren angegliederten Ventilen V40 und V4i in Reihe verbunden während die Ventile V40 und V4i mit dem Einlaß 19 des Kondensators 15 verbunden sind. Die außenliegenden Kocherventile V1O sind geöffnet, um die freien Kolben 40 und a 40b während ihrer Einwärtshübe nach innen gegen die Stoßverbindung 36 anzutreiben bis die freien Kolben ihre vorherbestimmte Geschwindigkeit und kinetische Energie. erreichen.
• Die innenliegenden Kocherventile Vli sind geöffnet, um die Kolben 40a und 40b während ihrer Auswartshübe nach außen.gegen die Endwände 35 anzutreiben bis die freien Kolben ihre vorherbestimmte Geschwindigkeit und kinetische Energie in der entgegengesetzten Richtung erreichen. Die außenliegenden Verdampferrückschlagventile V20 erlauben dem Arbeitsmittel in die Außenunterkammern 42a und 42b gezogen zu werden, sobald der Druck in diesen Kammern unter den Verdampfungsdruck fällt. In ähnlicher Weise arbeiten die innenliegenden Verdampferrückschlagventile V 2i für die Innenunterkammern 46a und 46 Während der Auswärtshübe der Kolben 40 und 40b b verbinden die außenliegenden Kondensatorventile V30 und V40 die Außenunterkammern 42a und 42b mit dem Kondensatordruck, während die innenliegendenKondensatorventile V3i und V4i den Kondensatordruck mit den Innenunterkammern 46a und 46b während der Einwärtshübe der Kolben 40 und 40b verbinden.
• Die Kocherventile V1O und Vli können entweder elektrisch kontrolliert werden oder unter Nutzung der Druckflußgeschwindigkeit des Arbeitsmittels, um zu garantieren, daß die Ventile so geöffnet und geschlossen werden, daß die richtige lineare Geschwindigkeit und kinetlsche Energie induziert werden. Um den Kondensatordruck funktionsgemäß mit den Arbeitsunterkammern zu verbinden, können die Kondensatorventile V30 und V3i ebenso, wie dargestellt, elektrisch- oder druckkontrolliert werden.
• Es ist so zu verstehen, daß jedes beliebige Arbeitsmittel für dieses System verwendet werden kann, wie z.B. kommerziell erhältliche Kältemittel, die Fluorkohlenstoff nutzen.
• Das Arbeitsmittel im Kocher 12 wird irgendeinen gegebenen Druck Pb und irgendeine gegebene Temperatur Tb auSweisen, der Kondensator 15 wird irgendeinen gegebenen Druck P c und irgendeine gegebene Temperatur T c haben und der Verdampfer 14 wird irgendeinen gegebenen Druck e und irgendeine gegebene Temperatur T haben. Diese Drucke und Temperaturen e können in dem Arbeitsbereich des Systems 10 unterschiedlich sein, dennoch sei bemerkt, daß in der Abwesenheit von Reibung und Wärmeleitung in der Expansions- und Kompressionsvorrichtung 11 das System arbeiten wird, solange der Kocherdruck Pb höher als der Kondensatordruck Pc ist.
• Der Arbeitsvorgang des Systems karm am besten verstanden werden, wenn einige festgesetzte Werte für die Drucke und Temperaturen angenommen werden, wie sie für ein System in tatsächlicher Funktion typisch wären. Z. B. mit Gebrauch von Dichlorodifluoromethan (Kältemittel R-12), beträge die Kochertemperatur 66:OC> die Verdampfertemperatur Te 4 OC und eine Kondensatortemperatur Tc 35 OC, der Kocherdruck Pb wäre ungefähr 18 kg/cm², der Verdampferdruck Pe ungefähr 4 kg/cm² und der Kondensatordruck Pc ungefähr 9 kg/cm².
• Einfachheitshalber sind die Reibungsverluste und das Gewicht der Kolben 40a und 40b in der Funktionsbeschreibung vernachlässigt worden, obwohl diese Einzelheiten Auswirkungen auf das Arbeitssystem haben würden. Ebenso wird nur der mit dem Kolben 40a verbundene Arbeitsvorgang ausführlich beschieben, da die Arbeitsvorgange beider Kolben 40a und 40 ähnlich sind.
• Anfangs wird sich der Kolben 40a in Ruhestellung infolge seines Gewichts am Boden der Kammer 38a in der Position P oa befinden, wenn der Zylinder senkrecht ausgerichtet ist. Ein Startventil VS wird dazu benutzt, um den Arbeitsvorgang des Systems zu beginnen, indem es den Kocherdruck Pb schnell mit den Kocherventil V1O zur Kammer 38a verbindet. Der Arbeitsvorgang des Systems ist unter Hinweis auf die Fig. 2-4 am besten zu verstehen, wobei in Fig. 2 der Druck des Arbeitsmittels in der Außenarbeitsunterkammer 42 als Funktion a der Kolbenverschiebung, in Fig. 3 der Druck des Arbeitsmittels in der Innenarbeitsunterkammer 46a als Funktion der Kolbenverschiebung und in Fig. 4 die Kolbengeschwindigkeit als Funktion der Kolbenverschiebung graphisch dargestellt sind.
• In all diesen Figuren sind die Einwartshübe der Kolben mit durchgezogenen Linien dargestellt whrend die Auswärtshübe der Kolben durch unterbrochene Linien gekennzeichnet sind.
• Sobald das Startventil Vs geöffnet ist, wird das Kocherventil V1O das Arbeitsmittel unter Kocherdruck P b vom Kocher 12 in die Außenarbeitsunterkammer 42 a einlassen. Dies verursacht, daß während des Einwrtshus in Richtung auf die Innenarbeitskammer 46 der Kolben 40 beschleunigt wird, da sich die Nettokraft in dem Kolben 40a in Richtung auf die Unterkammer 46a befindet. Sobald der Kolben eine gegebene Geschwindigkeit und kinetische Energie erreicht hat, wird das Ventil V1O geschlossen, um den Fluß des Arbeitsmittels vom Kocher 12 zu der Außenarbeitsunterkammer 42a zu unterbrechen.
• Dies geschieht in der Position Pli. Da der Kocherdruck Pb sehr viel höher als der Druck des Arbeitsmittels in der Innenarbeitsunterkammer 46a ist, was später erklCrt werden wird, setzt der Kolben 40a seine nach innen gerichtete Beschleunigung unter dem Einfluß des sich ausdehnenden Arbeitsmittels in der Außenarbeitsunterkammer 42a fort. Zu diesem Zeitpunkt liegt der Druck des Arbeitsmittels in der Innenarbeitsunterkammer 46 meistenteils etwa zwischen Verdampfera druck P e und Kondensatordruck Pc oder dem Kondensatordruck Pc> da das innenliegende Verdampferrückschlagventil V2i geschlossen ist.
• Sobald der Kolben 40a die Position P2i während seines Einwärtshubs erreicht, wie in den Fig. 2-4 dargestellt, hat sich der Druck des Arbeitsmittels in der Außenarbeitsunterkammer 42a hinunter bis auf den Druck des Arbeitsmittels in der Innenarbeitsunterkammer 46 entspannt. Da das Arbeitsmittel in a der Innenarbeitsunterkammer 46a bis auf KKondensatordruck Pc kompressiert wird, wird die Position P2i gewöhnlich dann er reicht, solange entweder der Druck des Arbeitsmittels in der Innenarbeitsunterkammer 46a irgendwo zwischen dem Verdampferdruck P und dem Kondensatordruck P liegt oder der Druck in e c der Innenarbeitsunterkammer 46a den Kondensatordruck Pc hat.
• Wie aus Fig. 4 ersichtlich wird, hat der Kolben 40 in der Position P2i nun die Spitzengeschwindigkeit während seines Einwärtshubs erreicht und so auch seine größte lineare kinetische Energie. Die lineare kinetische Energie, die in den Kolben 40 induziert worden ist, bewegt den Kolben kontinu a ierlich einwärts über die Position P2i hinaus, so daß nun der Druck in der Außenarbeitsunterkammer beginnt, unter den Druck des Arbeitsmittels in der Innenarbeitsunterkammer 46 a zu fallen, und die Nettokraft des Arbeitsmittels des Systems auf den Kolben 40a verwandelt sich von einer einwärts gerichteten zu einer auswärts gerichteten Nettokraft. Dies bewirkt, daß der freie Kolben 40 während seines Einwurtshubs beginnt, a seine Geschwindigkeit zu vermindern.
• Während der Kolben 40a seine Einwärtsbewegung fortsetzt, wird die Position P3i erreicht, wo der Druck in dem Arbeitsmittel der Innenarbeitsunterkammer 46 den Kondensatordruck a Pc erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt wird das innenliegende Kondensatorkontrollventil V3i schon geöffnet sein und das innenliegende Kondensatorrückschlagventil V4i öffnet sich, um zuzulassenß daß das Arbeitsmittel in der Innenarbeitsunterkammer 46a unter Kondensatordruck verbleibt und in den Kondensator entladen wird, wenn der Kolben 40a seinen Einwärtshub fortsetzt.
• Während der Kolben 40 deine EinwiAltsbewegung fortsetzt, hat sich in Position P4i das Arbeitsmittel bis auf den Verdampferdruck P entspannt. Zu diesem Zeitpunkt öffnet sich das e außenliegende Verdampferrückschlagventil V20, um zuzulassen daß das Arbeitsmittel in dem Verdarjpfer 14 in die Unterkammer 42 gezogen werden kann und der Druck in der Unterkammer a 42a unter Verdampferdruck verbleibt, wenn der Kolben 40a seine Einwärtsbewegung unter dem Einfluß der induzierten kinetischen Energie fortsetzt.
• Wenn der Kolben 40 unter dem Einfluß der induzierten kinea tischen Energie seine Einwärtsbewegung fortsetzt, erreicht der Kolben 40a die Position P5i, in der der Kolben die innen-liegende Kondensatorauslaßöffnung 54i überdeckt, um den Fluß des Arbeitsmittels von der Innenarbeitsunterkammer 46a in den Kondensator 15 zu blockierte. Während die unveränderte kinetische Energie den Kolben 40 über die Position P5i hina aus antreibt, beginnt der Druck des Arbeitsmittels in der Innenarbeitsunterkammer 46a über den Kondensatordruck P c zu.
• steigen, während der Druck in der Außenarbeitsunterkammer 42 unter dem Verdampferdruck P e verbleibt. Dies erhöht den a Druck in der Innenarbeitsunterkammer 46a über den Kondensatordruck c und dieser Druckunterschied über den Kolben 40a bewirkt, daß der Kolben seine EinwWrtsbewegung befindet, wie aus der Fig. 4 zu ersehen ist, sobald der Druck in der Innenarbeitsunterkammer 46a einen gewissen Rückschlagdruck PRi in Position P6i erhalten hat. Die in der Position P5i verbleibende lineare kinetische Energie des Kolbens 40a ist folglich zu potentieller Energie im eingeschlossenen Arbeitsmittel in der Innenarbeitsunterkammer 4Ca 6 umgewandelt worden. Wenn der a Kolben 40 in der Position P6i anhält, um damit seinen Eina wärtshub zu beenden, steht die Unterkammer 46 unter dem a Rückschlagdruck PRi, während die Außenarbeitsunterkammer 42a unter dem Verdampferdruck P steht, wobei eine auf den Kole ben 40 nach unten gerichtete Nettokraft erzeugt wird, die bewirkt, daß der Kolben 40 nach außen in Richtung auf die a Außenarbeitsunterkammer 42 zurückgedrängt wird und der Ausa wärtshub begonnen wird. Dieser Rückschlagdruck PRi ist ge-.
• wöhnlich höher als der Kocherdruclc Pb, so daß dieser. höhere Druck benutzt werden kann, das innenliegende Kocherventil Vli in Funktion zu setzen. Ebenso soll bemerkt werden, daß, sobald der Druck in der Innenarbeitsunterkammer 46 über den a Kondensatordruck P hinaus gestiegen ist, die Arbeitskraft c bei der Arbeitsöffnung 52i genutzt werden kann, um das innenliegende Kondensatorkontrollventil V 3i zu schließen, damit der Fluß des Arbeitsmittels von der Arbeitsunterkammer 46a in den Kondensator 15 verhindert wird bis der Druck in.
• der Arbeitsunterkammer 46a wiederum unter den Kondensatordruck falt, um das Ventil wieder zu öffnen.
• Sobald der Kolben 40a nach außen zurückschlägt, um seinen Auswärtshub zu beginnen, beginnt der Druck in der Innenarbeitsunterkammer 46 unter den Kocherdruck P zu sinken, vera b ursacht durch die Bewegung des Kolbens 40 in Richtung auf a die Außenarbeitsunterkaniiaer 42 . Dieser Druckabfall kann gea nutzt werden, um zu verursachen, daß sich das innenliegende Kocherventil Vli in Position P70 öffnet und das Arbeitsmittel unter dem Kocherdruck P in die Innenarbeitsunterkammer b 46a hineinläßt, um den Kolben 4°a in Richtung auf die Außenarbeitsunterkammer 42a in dem Auswartshub zu beschleunigen.
• Sobald der Kolben seine gegebene Auswärtsgeschwindigkeit und kinetische Energie erreicht hat, wird das Ventil Vli geschlossen, um den Fluß des Arbeitsmittels vom Kocher 12 zu der Innenarbeitsunterkammer 46a zu unterbrechen. Dies geschieht in der Position Plo Da der Kocherdruck Pb sehr viel höher als der Druck des Arbeitsmittels in der Außenarbeitaunterkammer 42 ist, setzt der Kolben 40 seine nach außen a a gerichtete Beschleunigung unter dem Einfluß des sich ausdehnenden Arbeitsmittels in der Innenarbeitsunterkammer 46a fort.
• Zu diesem Zeitpunkt liegt der Druck des Arbeitsmittels in der Außenarbeitsunterkammer 42a meistenteils etwa zwischen Verdampferdruck e und Kondensatordruck P oder dem Kondenc satordruck Pc, da das außenliegende Verdampferrückschlagventil V20 geschlossen ist.
• Sobald der Kolben 40a die Position P20 während seines Auswärtshubs erreicht, wie in den Fig. 2-4 dargestellt, hat sich der Druck des Arbeitsmittels in der Innenarbeitsunterkammer 46a hinunter bis auf den Druck des Arbeitsmittels in der Außenarbeitsunterkammer 42 entspannt. Da das Arbeitsa mittel in der Außenarbeitsunterkammer 42 bis auf Kondensaa tordruck P c kompressiert wird, wird die Position P20 gewöhnlich dann erreicht, solange entweder der Druck des Arbeitsmittels in der Außenarbeitsunterkammer 42a irgendwo zwischen dem Verdampferdruck P, e und dem Kondensatordruck c liegt oder der Druck in der Außenarbeitsunterkammer 42a den Kondensatordruck P hat. Wie aus Fig. 4 ersichtlich wird, c hat der Kolben 40a in der Position P20 nun die Spitzengeschwindigkeit während seines Auswärtshubs erreicht und so auch seine größte lineare kinetische Energie Die lineare kinetische Energie, die in den Kolben 40 induziert worden a ist, bewegt den Kolben kontinuierlich auswärts über die Position P20 hinaus, so daß nun der Druck in der Innenarbeitsunterkammer 46a beginnt, unter den Druck des Arbeitsmittels in der Außenarbeitsunterkanlmer 42a zu fallen, und die Nettokraft des Arbeitsmittels des Systems auf den Kolben 40a verwandelt sich von einer auswärts gerichteten zu einer einwärts gerichteten Nettokraft. Dies bewirkt, daß der freie Kolben 40a während seines Auswärtshubs beginnt, seine Geschwindigkeit zu vermindern.
• Während der Kolben 4o a seine Auswvirtsbewegung fortsetzt, wird die Position P30 erreicht, wo der Druck in dem Arbeitsmittel der Außenarbeitsunterkammer 42a den Kondensatordruck P erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt wird das außenliegende c Kondensatorkontrollventil V30 schon geöffnet sein und das außenliegende Kondensatorrückschlagventil V40 öffnet sich, um zuzulassen, daß das Arbeitsmittel in der Außenarbeitsunterkammer 42a unter Kondensatordruck verbleibt und in den Kondensator entladen wird, wenn der Kolben 40a seinen Auswartshub fortsetzt.
• Solange die induzierte lineare kinetische Energie in dem freien Kolben 40a fortführt, den freien Kolben 40 nach aua ßen über die Position P20 hinaus zu bewegen, wird das Arbeitsmittel in der Innenarbeitsunterkammer 46a fortfahren, sich auszudehnen bis die Position P40 erreicht ist, wo sich der Druck des Arbeitsmittels in der Innenarbeitsunterkammer 46 bis zu einem Druck entspannt hat, der nur wenig niedriger ist als der Verdampferdruck P , so daß sich das innenliegene de Verdampferrückschlagventil V2i öffnet Solange die lineare kinetische Energie in dem Kolben 40a fortführt, den Kolben 40 nach außen über die Position P40 hinaus zu bewegen, erhalt das innenliegende Verdampferrückschlagventil V2i eie Verbindung zwischen der Innenarbeitsunterkammer 46a und dem Auslaß 18 des Verdampfers 14 aufrecht, so daß das Arbeitsmittel von dem Verdampfer 1 14 in die Innenarbeitsunterkammer 46a gezogen wird und der Druck des Arbeitsmittels in der Innenarbeitsunterkammer 46 unter Verdampferdruck für den Rest a des Auswärtshubs verbleibt.
• Wenn der Kolben 40 unter dem Einfluß der induzierten kinetischen Energie seine Auswärtsbewegung fortsetzt, erreicht der Kolben 40a die Position P50, in der der Kolben die außenliegende Kondensatorauslaßöffnung 54o überdeckt, um den Fluß des Arbeitsmittels von der Außenarbeitsunterkammer 42a in den Kondensator 15 zu blockieren. Während die unveranderte kinetische Energie den Kolben 4o über die Position P50 hinaus antreibt, beginnt der Druck des Arbeitsmittels in der Außenarbeitsunterkammer 42a über den Kondensatordruck P zu steigen, während der Druck in der Innenarbeitsunterc kammer 46a unter dem Verdampferdrck P e verbleibt. Dies erhöht den Druck in der Außenarbeitsunterkammer 42a über den Kondensatordruck P und dieser Druckunterschied über den c Kolben 40a bewirkt, daß der Kolben seine Auswärtsbewegung beendet, wie aus der Fig. 4 zu ersehen ist, sobald der Druck in der Außenarbeitsunterkammer 42 einen gewissen Rückschlaga druck PRO in Position P60 erhalten hat. Die in der Position P50 verbleibende lineare kinetische Energie des Kolbens 40 ist folgendermaßen zu potentieller Energie im eingeschlossenen Arbeitsmittel in der Außenarbeitsunterkammer 42a umgewandelt worden. Wenn der Kolben 40a in der Position P60 anhalt, um damit seinen Auswartshub zu beenden, steht die Unterkammer 42a unter dem Rückschlagdruck PRo, während die Innenarbeitsunterkammer 46a unter dem Verdampferdruck Pe steht, wobei eine auf den Kolben 40 nach innen gerichtete Nettokraft erzeugt wird, die bewirkt, daß der Kolben 40 nach innen in Richtung auf die Innenarbeitsunterkammer 46a zurückgedrängt wird und der Einwartshub begonnen wird. Dieser Rückschlagdruck PRo ist gewöhnlich höher als der Kocherdruck Pb, so-daß dieser höhere Druck benutzt werden kann, das außenliegende Kocherventil V1O in Funktion zu setzen. Ebenso soll bemerkt werden, daß, sobald der Druck in der Außenarbeitsunterkammer 42a über den Kondensatordruck Pc hinaus gestiegen ist, dieser erhöhte Druck an der Arbeitsöffnung 52o genutzt werden kann, um das außenliegende Kondensatorkontrollventil V30 zu schließen, damit der Fluß des Arbeitsmittels von der Außenarbeitsunterkammer 42a in den Kondensator 15 verhindert wird bis der Druck in der Außenarbeitsunterkammer 42a wiederum unter den Kondensatordruck rollt, um das Ventil V30 zu öffnen.
• Sobald der Kolben 40a nach innen zurückschlägt, um seinen nächsten Einwärtshub zu beginnen, beginnt der Druck in der Außenarbeitsunterkammer 42 unter den Kocherdruck zu sinke, a verursacht durch die Bewegung des Kolbens 4o a in Richtung auf die Innenarbeitsunterkammer 46a Dies bewirkt, daß sich das außenliegende Kocherventil V1O in Position P7i öffnet und das Arbeitsmittel unter dem Kocherdruck Pb in die Außenarbeitsunterkammer 42 hineinlßt, um den Kolben 40a in a Richtung auf die Innenarbeitsunterkammer 46a in dem Einwartshub zu beschleunigen. Dieser Kreislauf setzt sich dann fort, indem das Arbeitsmittel wiederholt vom Verdampfer 14 während jedes Einwärtshubs in die Außenarbeitsunterkammer 42a und während jedes Auswärtshubs in die Innenarbeitsunterkammer 46a gezogen wird. Das Arbeitsmittel wird kompressiert und während des Einwärtshubs von der Innenarbeitsunterkammer 46a und während des Auswärtshubs von der Außenarbeitsunterkammer 42 a in den Kondensator 15 gezwungen.
• Beide Arbeitsunterkammern 42a und 46a werden für sowohl Kompression als auch Expansion benutzt. Während des ersten Abschnittes des Einwärtshubs des Kolbens 40a dient die unter kammer 42a in ihrer Expansionsphase als Expansionsraum und dann während des Restes des Einwrtshubs des Kolbens 40a als Kompressionsraum in ihrer Aufnahmephase. Zur gleichen Zeit dient die Unterkammer 46a dazu, sowohl das vom Verdampfer 14 erhaltene Arbeitsmittel als auch das von dem Kocher 12 abgegebene Arbeitsmittel zu kompressieren und auszustoßen.
• Während des Auswärtshubs des Kolbens 40 dient die Arbeitsa unterkammer 42a dazu, sowohl das vom Verdampfer 14 erhaltene als auch das von dem Kocher 12 abgegebene Arbeitsmittel zu kompressieren und auszustoßen. Zum gleichen Zeitpunkt während des ersten Abschnittes des Auswartshubs des Kolbens 40a dient die Unterkammer 46a in ihrer Expansionsphase als Expansionsraum und darein während des Rests des Auswartshubs des Kolbens 40a als Kompressionsraum in ihrer Aufnahmephase.
• Während die Expansions- und Kompressionsvorrichtung 11 arbeiten kann, in welche Lage die Zylinderachse AC auch ausgerichtet ist, so wird der Beginn des Arbeitsvorganges des Systems notwendigerweise variieren, bis daß ein stationärer Zustand erreicht ist. Wenn die Vorrichtung 11 senkrecht aus gerichtet ist, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, müssen besondere Überlegungen, den Start des Systems betreffend, angestellt werden, da beide freie Kolben 40a und 40b sich an dem unteren Ende ihrer jeweiligen Kammern 38a und 38b befinden. Diese Positionen sind jeweils mit Poa für den freien Kolben 40a und mit P ob für den freien Kolben 40b bezeichnet. Gewöhnlich sind beide außenliegende Kochereinlaßventile Vlo geöffnet, um das System zu starten. Da sich der Kolben 40b in Position P ob befindet, wird sich das außenliegende Kochereinlaßventil V1O, das der Kammer 38b angegliedert ist, jedoch beinahe sofort schließen, aber es wird den Druck in der Außenärbeitsunterkammer 42b erhöhen. Auf der anderen Seite wird der Kolben 40 im allgemeinen aufwärts beschleunigt werden, wie in Fig. 2 dargestellt. und das außenliegende Kochereinlaßventil V1o zur Kammer 38a wird sich in allgemein gewohnter Weise schließen. Dies wird den freien Kolben 40 einwärts bis in die Nahe der Stoßverbindung 36 beschleunigen und eine entsprechende Druckerhöhung zwischen den gegenüberliegenden Seiten der freien Kolben 4o und 40 verura b sachen, um die innenliegenden Kochereinlaßventile Vli zu betätigern. Die Kombination zwischen der Trägheit des freien Kolbens 40b und dem Anstieg des Druckes in der Außenarbeitsunterkammer 42b wird eine Druckerhöhung in dem Zwischenraum zwischen den Kolben 40 und 40b garantieren, um die innenliegenden Kochereinlaßventile Vli zu betätigen. Sobald die Kocherventile Vli betätigt sind, werden die Kochereinlaßventile Vli das Arbeitsmittel des Kochers in beide Innenarbeitsunterkammern 46a und 46b hineinleiten, um die Kolben 40a und 40b während ihrer Ausw«.rtshübe nach außen zu beschleunigen und den gewohnten Arbeitsgang des Systems zu beginnen.Falls der Druck in dem Zwischenraum zwischen den Kolben 40a und 40b während des Anfangshubs den Kccherdruck nicht überschreitet, kann eine geeignete Kontrolle an dem innenliegenden Kochereinlaßventil Vli vorgesehen werden, um zu versicEIern, daß es während des ersten Hubs betätigt wird.
• Es ist weiterhin so zu verstehen, daß jegliche Ausführungen des Systems, die hierin eingeschlossen sind, so betätigt werden können, ohne daß ein Druck in den Arbeitsunterkammern, deren Volumina reduziert werden, um über den Kocherdruck anzusteigen, zugelassen wird, indem dem Druck erlaubt wird, in einer solchen Arbeitskammer bis auf Kocherdruck anzusteigen und dann das Arbeitsmittel durch das angeschlossene Kocherzusteigen, zugelassen wird, indem dem Druck erlaubt wird, in einer solchen Mbeitskammer bi; auf Kocherdruck anzusteigen und dann das Arbeitsmittel durch das angeschlossene Kochereinlaßventil in den Kocher zurück auszustoßen.
• Das bewirkt, daß die Drucke in deri Arbeitsunterkammern, deren Volumina reduziert worden sind, niemals über Kocherdruck ansteigen würden. Der Arbeitsvorgang solcher Abänderung würde grundsätzlich derselbe wie der dargestellte sein, ohne daß eine zusatzliche Kolbenbewegung in einem solchen System erlaubt würde.
• Weiterhin ist es so zu verstehen, daß die Expansions- und Kompressionsvorrichtung 11 ebenso einzeln als eigentlich paarig arbeiten kann, so daß nur eine der dem freien Kolben angeschlossenen Arbeitsunterkammern für die Expansion und Kompression genutzt wird, während die andere Arbeitsunterkammer als Unterstützungskammer genutzt wird, um den freien Kolben in Richtung auf die zuerst erwähnte Arbeitsunterkammer zu drängen. Die Verbindung der Unterstützungskammer mit Kondensatordruck bietet eine Ausführungsform, eine andere ist der Gebrauch einer Feder oder eines Gewichts, die mit dem freien Kolben verbunden sind. Die Ideen dieser Erfindung können gleichfalls auf eine starre Kopplung zweier freier Kolben angewendet werden.
• Während die hierin eingeschlossenen Darstellungen einen mit einem oder mehreren freien Kolben ausgestatteten Zylinder als Expansions- und Kompressionsvorrichtung darstellen, ist zu verstehen, daß die Idee dieser Erfindung nicht auf diese spezielle, dargestellte Konstruktion begrenzt ist, sondern in einen anderen Aufbau eingearbeitet werden kann, dessen Arbeitsprinzip mit dem dargestellten Aufbau übereinstimmt.
• Ein Beispiel eines solchen Aufbaus ist ein Blasebalg, der eine darin liegende Kammer beschreibt, wo die Kammern in ihrer Größe variiert als Reaktion auf die lineare Bewegung einer Masse, die in Richtung auf die Kammer zu und von ihr hinweg arbeitet.
• Ebenso verbindet das hierin eingeschlossene System das Arbeitsmittel vom Kraftkreis mit dem Arbeitsmittel vom.Wärmepumpkreis in der Expansions- und Kompressionsvorrichtung, läßt die vereinigten Arbeitsmittel durch den Kondensator fließen und trennt dann nach dem Durchgang durch den Kondensator das Arbeitsmittel des Kraftkreises von dem Arbeitsmittel des Wärmepumpkreises. Frühere Systeme der Technik, auf der anderen Seite, hielten das Arbeitsmittel vom Kraftkreis getrennt von dem Arbeitsmittel des Wärmepumpkreises in der Expansions- und Kompressionsvorrichtung, verbanden das Kraftkreisarbeitsmittel mit dem Arbeitsmittel des Wärmepumpkreises im Kondensator und trennten anschließend nach dem Durchgang durch den Kondensator die Arbeitsmittel der Kreise.
• Das hierin eingeschlossene System verbindet diese Kreisarbeitsmittel in einer einzigen Arbeitskammer.
• Während spezifische Ausfertigungen dieser Erfindung hierin eingeschlossen sind, so ist zu verstehen, daß Modifikationen, Substitutionen und ;;quivalenzen vollständig angewendet werden können, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen.
• - Patentansprüche -

Claims (1)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e : 1. Ein Zweikreiswärmepumpsystem, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Expansions- und Kompressionsvorrichtung afweist, die eine in ihr liegende Kammer bestimmt und einen linear beweglichen freien Kolben einschließt, der für eine lineare Bewegung entlang der besagten Kammer in der besagten Kammer gleitbar gelagert ist, daß der besagte freie Kolben die besagte Kammer in eine erste Unterkammer wechselnder Größe, wenn sich der besagte freie Kolben entlang der Kammer bewegt, und in eine zweite Unterkammer wechselnder Größe teilt, wenn sich der besagte freie Kolben entlang der besagten Kammer bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß es einen nach dem Prinzip von Rankine arbeitenden Kraftkreis aufweist, der ein Arbeitsmittel besitzt, ferner dadurch gekennzeichnet, daß es einen Dampfkompressionswärmepumpkreis aufweist, der ein Arbeitsmittel besitzt, und dadurch gekennzeichnet, daß es Kontrollvorrichtungen aufweist, die wahlweise das Arbeitsmittel des Kraftkreises in die besagte erste Unterkammer unter einem Erstdruck einleiten, um den besagten freien Kolben in Richtung auf die besagt-e zweite Unterkammer zu bewegen, wührenddessen dem besagten freien olben lineare kinetische Energie induziert wird, ferner die die Einleitung des Arbeitsmittels des Kraftkreises in die besagte erste Unterkammer beenden, sobald der freie Kolben eine gegebene Geschwindigkeit und lineare kinetische Energie erreicht, so daß das Arbeitsmittel des Kraftkreises und die in den besagten freien Kolben induzierte lineare kinetische Energie fortsetzen, den besagten freien Kolben in Richtung auf die besagte zweite Unterkammer zu bewegen, und die das Arbeitsmittel des Wärmepumpkreises mit dem sich bewegenden freien Kolben wirksam verbinden, so daß das Arbeitsmittel des W>rmepumpkreises kompressiert wird und grundsatzlich die gesamte lineare kinetische Energie, die in den besagten freien Kolben induziert wurde, auf die Arbeitsmittel des Systems als Kompressionsarbeit übertragen wird.

   Das Zweikreiswärmepumpsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftkreis und der Wärmepumpkreis ein gemeinsames Arbeitsmittel teilen, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Kraftkreis Kocheryorrichtungen hat, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der-besagte Wärmepumpkreis Verdampfervorrichtungen hat, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Kraftkreis und der besagte Wärmepumpkreis einen gemeinsamen Kondensator haben, und ferner dadurch gekennzeichnet, daß es Ventilvorrichtungen aufweist, um wahlweise das Arbeitsmittel von den .

   besagten Kochervorrichtungen in die besagte Arbeitskammer der besagten Expansions- und Kompressionsvorrichtung einzuleiten, um wahlweise das Arbeitsmittel von den besagten Verdampfervorrichtungen in die besagte Arbeitskammer der besagten Expansions- und Kompressionsvorrichtung einzuleiten, und um wahlweise das Arbeitsmittel von der besagten Arbëitskammer der besagten Expansions- und Kompressionsvorrichtung in den besagten Kondensator einzuleiten, um das Arbeitsmittel vom Kraftkreis mit dem Arbeitsmittel vom Wärmepumpkreis der besagten Expansions- und Kompressionsvorrichtung zu vereinigen, um das vereinigte Arbeitsmittel durch den gemeinsamen Kondensator zu leiten, und um das vereinigte Arbeitsmittel in ein einzelnes Arbeitsmittel des Kraftkreises und in ein einzelnes Arbeitsmittel des Wärmepumpkreises nach Durchgang-durch den besagten Kondensator zu trennen.

   3. Das Zweikreiswärmepumpsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Ventilvorrichtungen ein erstes Ventil aufweisen, um wahlweise das Arbeitsmittel vom Kocher in die besagte erste Unterkammer einzuleiten, ein zweites Ventil aufweisen, um wahlweise das Arbeitsmittel von dem Verdampfer in die besagte erste Unterkammer einzuleiten, ein drittes Ventil aufweisen, um wahlweise das Arbeitsmittel von der besagten ersten Unterkammer in den Kondensator einzuleiten, ferner dadurch gekennzeichnet, daß es Druckvorrichtungen aufweist, um die besagte zweite Unterkammer unter Druck zu setzen, damit der besagte freie Kolben in Richtung auf die besagte erste Unterkammer gezwungen wird und ferner dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Kontrollvorrichtungen wahlweise das besagte erste Ventil veranlassen, das Arbeitsmittel von den Kochervorrichtungen in die erste Unterkammer einzuleiten, um den besagten freien Kolben in Richtung auf die besagte zweite Unterkammer anzutrieben und den Fluß des Arbeitsmittels vom Kocherauslaß in die erste Unterkammer zu beenden, sobald sich der besagte Kolben mit der gegebeItw4ndigkeit in Richtung auf die besagte zweite Unterkammer bewegt, daß sie das besagte zweite Ventil veranlassen, das Arbeitsmittel von den Verdampfervorrichtungen in die besagte erste Unterkammer einzuleiten, sobald der Druck in der besagten ersten Unterkammer unter den Druck in den Verdampfervorrichtungen fällt, und die wahlweise das besagte dritte Ventil veranlassen, die besagte erste Unterkammer mit dem Kondensator zu verbinden, sobald sich der besagte freie Kolben in Richtung auf die besagte erste Unterkammer bewegt und der Druck in der ersten Unterkammer auf den Druck der Kondensatorvorrichtungen ansteigt.

   Das Zweikreiswärmepumpsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Druckvorrichtungen ein viertes Ventil aufweisen, um wahlweise das Arbeitsmittel von dem Kocher in die besagte zweite Unterkammer einzuleiten, daß sie ein fünftes Ventil aufweisen, um wahlweise das Arbeitsmittel von dem Verdampfer in die besagte zweite Unterkammer einzuleiten, und daß sie ein sechstes Ventil aufweisen, um wahlweise das Arbeitsmittel von der besagten zweiten Unterkammer in den Kondensatoreinlaß einzuleiten, und ferner dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Kontrollvorrichtungen das besagte vierte Ventil veranlassen, das Arbeitsmittel von den Kochervorrichtungen in die zweite Unterkammer einzuleiten, um den besagten freien Kolben in Richtung auf die besagte erste Unterkammer anzutreiben, daß sie das besagte fünfte Ventil veranlassen, das Arbeitsmittel von den Verdampfervorrichtungen in die besagte zweite Unterkammer einzuleiten, sobald de:r Druck in der besagten zweiten Unterkammer unter den Druck in den Verdampfervorrichtungen fallt, und daß sie das besagte sechste Ventil veranlassen, die besagte zweite Unterkammer mit dem Kondensator zu verbinden, wenn sich der besagte freie Kolben in Richtung auf die besagte zweite Unterkammer bewegt und der Druck in der zweiten Unterkammer auf den Druck in den Konderisatorvorrichtungen ansteigt.

   5. Das Zweikreiswarmepumpsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Kontrollvorrichtungen wahlweise das Arbeitsmittel des Wdrmepumpkreises mit einem zweiten Druck in die zweite Unterkammer einleiten, bevor das Arbeitsmittel des Kraftkreises in die erste Unterkammer eingeleitet wird, so daß der sic bewegende freie Kolben das Arbeitsmittel des Wärmepumpkreises in der zweiten Unterkammer kompressiert, und daß sie wahlweise den Zeitraum der Einleitung des Arbeitsmittels des Kraftkreises in die erste Unterkammer so anpassen, daß die lineare kinetische Energie, die in die sich bewegende Anordnung freier Kolben von dem Arbeitsmittel des Kraftkreises ininduziert wurde, auf das Arbeitsmittel in der zweiten Unterkammer als Kompressionsarbeit übertragen wird.

   6. Ein Arbeitsverfahren eines Zweikreiswärmepumpsystems, dadurch gekennzeichnet, daß eine Expansions- und Kompressionsvorrichtung eine Kammer darin bestimmt, daß sich ein linear-beweglicher freier Kolben in dieser Kammer gleitbar fortbewegt, der die Kammer in eine erste Unterkammer und eine zweite Unterkammer unterteilt, daß beide Unterkammern ihre Größe verandern, Wtiln sich der freie Kolben bewegt, ein Arbeitsverfahren eines nach dem Prinzip von Rankine arbeitenden Kraftkreises, dadurch gekennzeichnet, daß ein Arbeitsmittel des Kraftkreises die Expansions-und Kompressionsvorrichtung antreibt, und ein Arbeitsver fahren eines Dampfkompressionswärmepumpkreises, dadurch gekennzeichnet, daß ein Arbeitsmittel des Warmepumpkreises von der Expansions- und Kompressionsvorrichtung angetrieben wird, ferner dadurch gekennzeichnet, daß: a) das Arbeitsmittel des Kraftkreises wahlweise mit einem Erstdruck in die erste Unterkammer eingeleitet wird, um den freien Kolben linear in Richtung auf die zweite Unterkammer zu bewegen, währenddessen lineare kinetische Energie in den freien Kolben induziert wird, b) die Einleitung des Arbeitsmittels des Kraftkreises in die erste Unterkammer beendet wird, sobald der freie Kolben eine gegebene Geschwindigkeit und lineare kinetische Energie erreicht, so daß das Arbeitsmittel des Kraftkreises und die induzierte lineare kinetische Energie in dem freien Kolben fortsetzen, den freien Kolben in Richtung auf die zweite Unterkammer zu bewegen, c) das Arbeitsmittel des Wärmepumpkreises mit dem sich bewegenden freien Kolben wirksam verbinden, so daß das Arbeitsmittel des Wärmepumpkreises kompressiert wird und grundsätzlich die gesamte lineare kinetische Energie, die in den freien Kolben induziert wurde, auf die Arbeitsmittel des Systems als Kompressionsarbeit übertragen wird.

   7. Das Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel des Wärmepumpkreises mit einem zweiten Druck in die zweite Unterkammer eingeleitet wird bevor das Arbeitsmittel des Kraftkreises in die erste Unterkammer eingeleitet wird, so daß der sich bewegende freie Kolben das Arbeitsmittel des Wirmepumpkreises in der zweiten Unterkammer kompressiert, und daß der Zeitraum der Einleitung des Arbeitslnittels des Kraftkrei.ses in die erste Unterkammer wahlweise angepasst wird, so daß die lineare kinetische Energie, die in die sich bewegende Anordnung freier Kolben induziert wurde, auf das Arbeitsmittel in der zweiten Unterkammer als Kompressionsarbeit übertragen wird.

   8. Das Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel des Kraftkreises mit einem ersten Druck in die zweite Unterkammer wahlweise eingeleitet wird, um den freien Kolben linear in Richtung auf die erste Unterkammer zu bewegen, wathrenddessen dem freien Kolben lineare kinetische Energie induziert wird, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Einleitung des Arbeitsmittels-des Kraftkreises in die zweite Unterkammer beendet wird, sobald der freie Kolben eine gegebene Geschwindigkeit und lineare kiiietische Energie erreicht, so daß das Arbeitsmittel des Kraftkreises und die in den freien Kolben induzierte lineare kinetische Energie fortsetzen, den freien Kolben in Richtung auf die erste Unterkammer zu bewegen, und daß da Arbeitsmittel des Warmepumpkreises wirksam mit dem sich bewegenden freien Kolben verbunden wird, so daß das Arbeitsmittel des Wärmepumpkreises kompressiert wird und grundsitzZich die gesamte lineare kinetische Energie, die in den freien Kolben- induziert wurde, auf die Arbeitsmittel des Systems als Kompressionsarbeit übertragen wird.

   9. Das Verfahren nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftkreis einen Kocher einschließt, daß der Wärmepumpkreis einen Verdampfer einschließt, und daß der Kraftkreis und der Wärmepu,npkreis einen Kondensator miteineander teilen, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel des Kraftkreises und das Arbeitsmittel des Wärmepumpkreises in der Expansions- und Kompressionsvorrichtung vereinigt werden, daß das vereinigte Arbeitsmittel des Kraftkreises als auch das des Wärmekreises von der Expansions- und Kompressionsvorrichtung durch den gemeinsamen Kondensator fließen, und daß das Arbeitsmittel des Kraftkreises von dem Arbeitsmittel des Warmepumpkreises nach Durchgang durch den gemeinsamen Kondensator getrennt wird.

   10. Das Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftkreis einen Kocher einschließt, daß der Wärmekreis einen Verdampfer einschließt, und daß der Kraftkreis und der W-rnlepumpkreis einen Kondensator miteinander teilen, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel in der erste Unterkammer mit dem Einlaß des Kondensators verbunden wird, sobald das Arbeitsmittel in der ersten Unterkammer den Kondensatordruck erreicht, wenn sich der freie Kolben in Richtung auf die erste Unterkammer bewegt, so daf-' das Arbeitsmittel in der ersten Unterkammer in den Kondensator entladen wird, wenn der freie Kolben fortfahrt, sich in Richtung auf die erste Unterkammer zu bewegen.

   11. Das Verfahren nach Anspruch 10, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß des Arbeitsmittels von der ersten Unterkammer in den Einlaß des Kondensators verhindert wird, während die in den freien Kolben induzierte lineare kinetische Energie fortführt, den freien Kolben in Richtung auf die erste Unterkammer zu bewegen, um zu verursachen, daß der Druck des Arbeitsmittels in der ersten Unterkammer auf eine Höhe ansteigt, so daß die Bewegung des freien Kolbens in Richtung auf die erste Unterkammer beendet wird.

   12. Das Verfahren nach Anspruch 10, der die Verfahrensschritte zur Druckerhöhung in der zweiten Unterkammer , um den freien Kolben in Richtung auf die erste Unterkammer zu zwingen beinhaltet, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckauslaß des Kochers ungefahr zum Ende der Bewegung des freien Kolbens in Richtung auf die zweite Unterkanimer mit der zweiten Unterkammer verbunden wird, um das Arbeitsmittel von dem Kocher in die zweite Unterkammer einzuleiten, um den freien Kolben linear in Richtung auf die erste Unterkammer anzutreiben und die lineare kinetische Energie in den freien Kolben zu induzieren, wührend das Arbeitsmittel gehindert wird, vom Verdampfer in die zweite Unterkammer zu gelangen und während das Arbeitsmittel in der zweiten Unterkammer gehindert wird, in den Kondensator zu gelangen, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Einleitung des Arbeitsrriittels vom Kocher in die zweite Unterkammer beendet wird, um dem unter Hochdruck stehenden Arbeitsmittels zu erlauben, sich auszudehnen, während der freie Kolben fortführt, sich in Richtung auf die erste Unterkammer zu bewegen, bis sich das Arbeitsmittel in der zweiten Unterkammer bis auf den Druck des Arbeitsmittels in dem Verdampfer ausgedehnt hat, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Unterkammer unter Druck gesetzt wird, um den freien Kolben in Richtung auf die erste Unterkammer zu zwingen, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckauslaß des Kochers mit der ersten Unterkammer verbunden wird, um das Arbeitsmittel von dem Kocher in die erste Unterkammer einzuleiten, um den freien Kolben linear in Richtung auf die zweite Unterkammer anzutreiben und die lineare kinetische Energie in den freien Kolben zu induzieren, wahrend das Arbeitsmittel gehindert wird, vom Verdampfer in die erste Unterkammer zu gelangen und während das Arbeitsmittel in der ersten Unterkammer gehindert wird, in den Kondensator zu gelangen, dadurch gekennzeichnct, daß die Einleitung des -Arbeitsmittels vom Kocher in die erste Unterkammer beendet wird, um dem unter Hochdruck stehenden Arbeitsmittel zu erlauben, sich auszudehnen, während der freie Kolben fortführt, sich in Richtung auf die zweite Unterkammer zu bewegen, bis sich das Arbeitsmittel in der ersten Unterkammer bis auf den Druck des Arbeitsmittels in dem Verdampfer ausgedehnt hat, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß des Verdampfers init der ersten Unterkammer verbunden wird, während der freie Kolben fortfahrt, sich in Richtung auf die zweite Unterkammer zu bewegen, so daß das Arbeitsmittel von dem Verdampfer in die erste Unterkammer gezogen wird, um den Druck in der ersten Unterkammer auf dem Druck des Arbeitsmittel in dem Verdampfer zu verhalten, wenn sich der freie Kolben in Richtung auf die zweite Unterkammer bewegt, und der Druck des Arbeitsmittels in der zweiten Unterkammer höher als der Druck des Arbeitsmittels in der ersten Unterkammer ist, sobald der Kolben das Ende seiner Bewegung in Richtung auf die zweite Unterkammer erreicht, so daß der Druck des Arbeitsmittels in der zweiten Unterkanimer die Bewegung des freien Kolbens umkehrt und den freien Kolben zurück in Richtung auf die erste Unterkammer treibt, während dem freien Kolben lineare kinetische Energie induziert wird, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß des Arbeitsmittels von der ersten Unterkammer in den Verdampfer , von dem Kocher in die erste Unterkammer und von dem Kondensator in die erste Unterkammer verhindert wird, wenn sich der freie Kolben in Richtung auf die erste Unterkammer bewegt, so daß der Druck des Arbeitsmittels in der ersten Unterkammer ansteigt, wenn sich der freie Kolben in Richtung auf die erste Unterkammer bewegt, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß des Verdampfers mit der zweiten Unterkammer verbunden wird, während der freie Kolben fortfdhrt, sich in Richtung auf die erste Unterkammer zu bewegen, so daß das Arbeitsmittel von dem Verdampfer in die zweite Unterkammer gezogen wird, um den Druck in der zweiten Unterkammer auf dem Druck des Arbeitsmittels in dem Verdampfer zu verhalten, wenn sich der freie Kolben in Richtung auf die erste Unterkammer bewegt und der Druck des Arbeitsmittels in der ersten Unterkammer höher als der Druck des Arbeitsmittels in der zweiten Unterkammer ist, sobald der Kolben das Ende seiner Bewegung in Richtung auf die erste Unterkammer erreicht, so daß der Druck des Arbeitsmittels in der ersten Unterkammer die Bewegung des freien Kolbens umkehrt und den freien Kolben zurück in Richtung auf die zweite Unterkammer treibt, währenddessen dem freien Kolben lineare kinetische Energie induziert wird, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß des Arbeitsmittels von der zweiten Unterkammer in den Verdampfer, von dem Kocher in die zweite Unterkammer und von den Kondensator in die zweite Unterkammer verhindert wird, wenn sich der freie Kolben in Richtung auf die zweite Unterkammer bewegt, so daß der Druck des Arbeitsmittels in der zweiten Unterkammer ansteigt, wenn sich der freie Kolben in Richtung auf die zweite Unterkammer bewegt, und ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel in der zweiten Unterkammer mit dem Einlaß des Kondensators verbunden wird, sobald das Arbeitsmittel in der zweiten Unterkammer den Kondensatordruck erreicht, wenn sich der Kolben in Richtung auf die zweite Unterkammer bewegt, so daß das Arbeitsmittel in der zweiten Unterkamrner in den Kondensator entladen wird, wenn der freie Kolben fortfährt> sich in Richtung auf die zweite Unterkanmler zu bewegen.

   13. Das Verfahren nach Anspruch 6, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel von der zweiten Unterkammer mit einem ersten gegebenen Druck entladen wird, wenn sich der Kolben in Richtung auf die Unterkammer bewegt, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Entladen des Arbeitsmittels von der zweiten Unterkammer vor dem Ende der Bewegung des freien Kolbens verhindert wird, um zu verursachen, daß der Druck des Arbeitsmittels in der zweiten Unterkammer bis zu einem zweiten gegebenen Druck ansteigt, der höher als der erste gegebene Druck ist, um die Bewegung des freien Kolbens in Richtung auf die Unterkammer zu beenden, und ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel in die zweite Unterkammer mit einem zweiten gegebenen Druck eingeleitet wird, während der Druck in der Unterkammer den zweiten gegebenen Druck aufweist, um den freien Kolben in Richtung auf die erste Unterkammer ohne Drosslungsverluste zu bewegen.