DE3115876A1

DE3115876A1 - Heat engine

Info

Publication number: DE3115876A1
Application number: DE19813115876
Authority: DE
Inventors: Franz X. Prof. Dr.-Ing. 8000 München Eder
Original assignee: ASK TECH ENTWICKLUNGEN
Current assignee: ASK TECH ENTWICKLUNGEN
Priority date: 1981-04-21
Filing date: 1981-04-21
Publication date: 1982-12-02

Abstract

The thermally activated heat engine contains, in a system which is closed to the outside and filled with gas or vapour, two working cylinders with displacement pistons controlled in an out-of-phase manner. One cylinder is supplied with thermal output at high temperature and the other cylinder with thermal output at low temperature and the waste heat is removed from the system as useful output. The heat engine can be operated as a heat pump directly by gas or fuel oil and has a high performance number.

Description

Prof. Dr.-ing, Franz X. Eder Mein Zeichen Hälmstraße 15a ^p. _{R<1 p} p,.,..Prof. Dr.-ing, Franz X. Eder My sign Hälmstrasse 15a ^ p. _{R <1 p} p,., ..

8000 München 70 ^WA ^{81 P 85}T⁴ 8000 Munich 70 ^WA ^{81 P 85} T ⁴

WärmemaschineHeat engine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmemaschine, mit der eine Wärmeleistung von tieferer Temperatur auf eine höhere Temperatur mittels reversibler Zustandsänderungen einer konstanten Gasmasse gebracht wird.The invention relates to a heat engine with the heat output from a lower temperature to a higher temperature by means of reversible changes of state a constant gas mass is brought.

Zur besseren und effektiven Nutzung von primären Energieträgern, insbesondere von Heizöl und Erdgas, zum Zwecke der Raum- und Gebäudeheizung sind im letzten Jahrzehnt Vorschläge ausgearbeitet worden, die darauf, hinzielen, eine konventionelle Wärmepumpe durch einen mit Gas oder Leichtöl gespeisten Verbrennungsmotor anzutreiben. Bei dieser Kopplung von Wärmepumpe und Antriebsmotor wird nicht nur die mechanische Leistung des Motors zu der dem Wärmereservoir bei der tieferen Temperatur entzogenen Wärmeleistung addiert, sondern es werden Auspuffwärme und Kühlleistung des Motors der Nutzwärmeleistung der Wärmepumpe hinzugefügt. Im Gegensatz zur elektrisch angetriebenen Wärmepumpe, bei der für eine Leistungsziffer von 4, was bei 1 kW Antriebsleistung und 3 kW bei tieferer Temperatur aufgenommener Wärmeleistung insgesamt 4 kW Nutzleistung bei der höheren Temperatur entspricht, doch das Äquivalent von 4 kW Primärleistung an Gas oder Heizöl wegen des nur 25 % betragenden Wirkungsgrades be der Stromerzeugung aufgewandt werden muß, wird bei der motorisch betriebenen Wärmepumpe ein auf den Primärenergieeinsatz bezogener Wirkungsgrad von 160 % und mehr erzielt.For a better and more effective use of primary energy sources, especially heating oil and natural gas, for the purpose of heating rooms and buildings, proposals have been worked out in the last decade that aim to drive a conventional heat pump with an internal combustion engine fed with gas or light oil. With this coupling of the heat pump and drive motor, not only is the mechanical power of the motor added to the heat output withdrawn from the heat reservoir at the lower temperature, but exhaust heat and cooling power of the motor are added to the useful heat output of the heat pump. In contrast to the electrically driven heat pump, for a performance figure of 4, which corresponds to a total of 4 kW of useful power at the higher temperature at 1 kW drive power and 3 kW at a lower temperature, but the equivalent of 4 kW primary power of gas or heating oil because of The only 25 % efficiency has to be used to generate electricity, an efficiency of 160% and more based on the primary energy use is achieved with the motor-driven heat pump.

Kin 2 Koe / 13.4.1981Kin 2 Koe / April 13, 1981

VPA 81 P 8514 DE Dieser Vorschlag konnte für größere Heizleistungen erfolgreich realisiert werden, doch stehen einer breiten Anwendung folgende Schwierigkeiten entgegen: 1) Obwohl herkömmliche Wärmepumpen mit bekannten Kältemitteln als Arbeitsmedien seit Jahrzehnten erprobt sind, ist ihre Zuverlässigkeit über längere Betriebszeiten bei hoher Einschaltquote nicht erwiesen. 2) Für niedrige Temperaturen des Pumpreservoirs wird die effektive Pumpleistung wegen der starken Temperaturabhängigkeit des Dampfdrucks vom Kältemittel geringer als bei höheren Eingangstempetaruren. 3) Analoge Überlegungen gelten auch für die Betriebssicherheit des Antriebsmotors, von dem eine ungleich größere Lebensdauer als Wärmepumpenantrieb im Vergleich zum konventionellen Einsatz gefordert werden muß. 4) Für die Anwendung dieses Prinzips in Einzelhäusern, für die kleinere Einheiten in Frage kommen, stellt die Entwicklung von Geräuschen und Vibrationen einen großen Nachteil dar.VPA 81 P 8514 DE This suggestion could be used for larger heating capacities can be successfully implemented, but the following difficulties stand in the way of widespread use: 1) Although conventional heat pumps with known refrigerants As working media have been tried and tested for decades, their reliability has not been proven over longer operating times with a high audience rate. 2) For low temperatures of the pump reservoir becomes the effective pump power because of the strong temperature dependence the vapor pressure of the refrigerant is lower than with higher input temperatures. 3) Analogous considerations also apply to the operational safety of the drive motor, which has a much longer service life as a heat pump drive compared to the conventional one Use must be required. 4) For the application of this principle in single houses, for the Smaller units come into question, the development of noise and vibrations constitutes a major one Disadvantage.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine thermisch aktivierte Wärmemaschine mit hoher Leistungsziffer anzugeben, die unmittelbar durch einen Brennstoff, beispielsweise Gas oder Heizöl, betrieben werden kann. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der bereits seit 1918 bekannte Vuilleumier-Prozeß auf das Problem der Wärmepumpe angewendet werden kann.The invention is therefore based on the object of specifying a thermally activated heat engine with a high coefficient of performance, which is directly supplied by a fuel, for example gas or heating oil can be operated. The invention is based on the knowledge that the Vuilleumier process, known since 1918, can be applied to the problem of the heat pump.

Die genannte Aufgabe wird gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Diese thermisch aktivierte Wärmemaschine in verschiedenen Realisierungsformen unterscheidet sich in positivem Sinne von den mit Verbrennungsmotoren angetriebenen Wärmepumpen üblicher Bauart insbesondere dadurch, daß der Arbeitsraum hermetisch geschlossen und gegen Verschmutzung, RückständeThe stated object is achieved with the characterizing features of claim 1. This thermally activated Heat engine in various forms of realization differs in a positive sense from the one with Internal combustion engine-driven heat pumps of the usual type, in particular in that the working space is hermetically sealed closed and against pollution, residues

-^ VPA 81 P 8514 DE- ^ VPA 81 P 8514 DE

α»a. vollkommen geschützt ist. Die Verdrängerkolben leisten im Gegensatz Eum Verbrennungsmotor keine mechanische Arbeit und brauchen daher nur gegen die kleinen Druckverluste der Regeneratoren und Wärmetauscher abgedichtet zu werden. Aus demselben Grund ist die Geräuschentwicklung dieser Wärmemaschine gering und werden nur schwache Vibrationen erzeugt. Es ist somit - wie bei bekannten Regenerativmaschinen - eine lange Lebensdauer "^n etwa 10000 bis 20000 Stunden bis zu einer Überholung zu erwarten.α »a. is completely protected. In contrast to the internal combustion engine, the displacement pistons do not do any mechanical work and therefore only need to be sealed against the small pressure losses of the regenerators and heat exchangers. For the same reason, the noise generated by this heat engine is low and only weak vibrations are generated. As in the case of known regenerative machines, a long service life "^ n about 10,000 to 20,000 hours can be expected before an overhaul.

Auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen sind die Unteransprüche gerichtet.In particularly advantageous embodiments are Subclaims directed.

Die Wärmemaschine kann sowohl als Wärmepumpe als auch als Kühlaggregat arbeiten. Bei der Anwendung als Wärmepumpe wird die hochzupumpende Wärmeleistung dem Wärmetauscher des Pumpzylinders bei Temperaturen zwischen 0 und etwa 15⁰C zugeführt und die Nutzleistung den Wärmetauschern oder dem Antriebsgehäuse bei Temperaturen zwischen etwa 40 und 60⁰C entnommen.The heat engine can work both as a heat pump and as a cooling unit. When used as a heat pump, the heat hochzupumpende power is supplied to the heat exchanger of the pump cylinder, at temperatures between 0 and about 15 ⁰ C and the effective power taken from the heat exchangers or the drive housing at temperatures between about 40 and 60 ⁰ C.

Beim Betrieb der Wärmemaschine als Kühlaggregat liegen die Temperaturen der Pumpzylinder und Nutzwärmetauscher um etwa 10 bis 20 K niedriger.When the heat engine is operated as a cooling unit, the temperatures of the pump cylinders and useful heat exchangers are high about 10 to 20 K lower.

Die Regelung der Heiz- und Kühlleistung erfolgt vorzugsweise über die Antriebsdrehzahl oder über den Arbeitsdruck des gasförmigen Arbeitsmediums. Als Arbeitsmedium kann vorteilhaft ein Gas verwendet werden, das bei der sich im Pumpzylinder einstellenden Temperatur und dem maximalen Anlagedruck als Flüssigkeit kondensiert.The heating and cooling output is preferably controlled via the drive speed or via the Working pressure of the gaseous working medium. A gas can advantageously be used as the working medium, this at the temperature set in the pump cylinder and the maximum system pressure as a liquid condensed.

-I/- VPA 81 P 8514 DE -I / - VPA 81 P 8514 DE

In einer besonderen Ausführungsform der Wärmemaschine wird nur einer der beiden Verdrängerkolben über einen Kurbeltrieb harmonisch im entsprechenden Zylinder bewegt, während der zweite Kolben infolge der während eines Lastspiels sich einstellenden Druckdifferenz an den Enden der thermischen Regeneratoren mit einer Phasendifferenz von etwa 90⁰C gegenüber dem zwangsgesteuerten Kolben bewegt wird.In a special embodiment of the heat engine, only one of the two displacement pistons is moved harmoniously in the corresponding cylinder via a crank drive, while the second piston has a phase difference of about 90 ^° C compared to the positively controlled one due to the pressure difference that occurs during a load cycle at the ends of the thermal regenerators Piston is moved.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der verschiedene Ausführungsbeispiele einer Wärmemaschine nach der Erfindung schematisch veranschaulicht sind. Figur 1 zeigt den Aufbau der Wärmemaschine. Die Diagramme der Figuren 2 bis 4 dienen zur Erläuterung ihrer Wirkungsweise. In den Figuren 5 und 6 ist eine besondere Ausführungsform der Wärmemaschine in zwei Schnittbildern dargestellt und Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer weiteren Ausgestaltung der Wärmemaschine.To further explain the invention, reference is made to the drawing in which various exemplary embodiments a heat engine according to the invention are illustrated schematically. Figure 1 shows the Structure of the heat engine. The diagrams in FIGS. 2 to 4 serve to explain their mode of operation. In FIGS. 5 and 6 show a particular embodiment of the heat engine in two sectional images and FIG. 7 shows an exemplary embodiment of a further embodiment of the heat engine.

Das Prinzip des kombinierten Kreisprozesses läßt sich anhand der Figur 1 erläutern: Die Wärmemaschine besteht aus den Arbeitszylindern 1 und 2, die am gemeinsamen Antriebsgehäuse 3 befestigt sind und im Innern jeweils einen Verdrängerkolben 4 bzw. 5 enthalten. Parallel zu den Arbeitszylindern 1 und 2 sind thermische Regeneratoren 6 und 7 geschaltet und werden vom Arbeitsgas durch die harmonische Kolbenbewegung in wechselnder Richtung durchströmt. Mit Hilfe eines Antriebsmechanismus 8 werden die Verdrängerkolben 4 und 5 durch Kolbenstangen 9 und 10 zwischen den jeweiligen Totlagen hin- und herbewegt, wobei zwischen den Hubbewegungen h^ und hp eine vorbestimmte Phasendifferenz, beispielsweise etwa 90°, besteht, wie den Diagrammen der Figuren 2 und 4 zu entnehmen ist, in denen der Hubweg h^ bzw. hgThe principle of the combined cycle process can be explained with the aid of FIG. 1: The heat engine exists from the working cylinders 1 and 2, which are attached to the common drive housing 3 and inside each contain a displacement piston 4 and 5 respectively. Thermal regenerators are parallel to the working cylinders 1 and 2 6 and 7 and are switched by the working gas due to the harmonious piston movement in alternating Direction flows through. With the aid of a drive mechanism 8, the displacement pistons 4 and 5 are driven by piston rods 9 and 10 moved back and forth between the respective dead positions, with h ^ and between the lifting movements hp is a predetermined phase difference, for example about 90 °, as can be seen from the diagrams in FIGS. 2 and 4, in which the stroke path h ^ or hg

VPA 81 P 8514 DE und das Arbeitsvolumen V- bzw. Vg in Abhängigkeit vom Winkel 0 aufgetragen ist. Zur Aufnahme der auf höhere Temperatur T₀ zu "pumpenden" Wärmeleistung dient ein Wärmetauscher 11, während die Nutzwärme bei der Temperatur T den in Serie geschalteten Wärmetauschern 12 und 13 entnommen werden kann, die zwischen die Regeneratoren 6, 7 und die Arbeitszylinder 1, 2 geschaltet sind. Die Arbeitszylinder, Regeneratoren und Gasseiten der Wärmetauscher 11, 12 und 13 stehen unter dem gleichen Druck ρ des Arbeitsgases, der sich periodisch ändert, wie im Diagramm der Figur 3 gezeigt ist, in dem der Druck ρ in Abhängigkeit vom Winkel 0 aufgetragen ist.VPA 81 P 8514 DE and the working volume V- or Vg as a function of the angle 0 is plotted. A heat exchanger 11 serves to absorb the heat output to be "pumped" to a higher temperature T ₀ , while the useful heat at temperature T can be taken from the heat exchangers 12 and 13 connected in series, which are located between the regenerators 6, 7 and the working cylinders 1, 2 are switched. The working cylinders, regenerators and gas sides of the heat exchangers 11, 12 and 13 are under the same pressure ρ of the working gas, which changes periodically, as shown in the diagram in FIG.

Der Zylinderkopf 14 des Zylinders 2 ist als Heizer oder Brenner ausgebildet, dem Heizgas oder Leichtöl zugeführt und unter Luftzufuhr direkt oder katalytisch bei einer Temperatur Tg verbrannt wird. Zur besseren Wärmeübertragung an das Arbeit.sgas ist der Zylinderkopf des Arbeitszylinders 2 mit inneren Austauschflächen 15 ausgerüstet. The cylinder head 14 of the cylinder 2 is designed as a heater or burner to which heating gas or light oil is supplied and is burned with air supply directly or catalytically at a temperature Tg. For better heat transfer The cylinder head of the working cylinder 2 is equipped with internal exchange surfaces 15 on the working gas.

Da das Gasvolumen dieser Wärmepumpe zu jedem Zeitpunkt dasselbe ist, sich andererseits die Arbeitsvolumina V^ und Vg oberhalb und unterhalb der periodisch bewegten Verdrängerkolben 4 und 5 entsprechend den Hubwegen h„j bzw. hg ändern, wobei infolge der Regeneratoren 6 und 7 die Temperaturen oberhalb des Kolbens 5 irnme"· Tg und unterhalb des Kolbens 4 immer T.. und im Gehäu/ 3 T_Q betragen, entsteht eine periodische Druckschwankung, die in Figur 3 durch den Druckverlauf p(t) gekennzeichnet ist. Der Arbeitszylinder 2 mit Regenerator 7 und Verdrängerkolben 5, dem eine vorbestimmte ¥9τηβ-leistung Qg bei der Temperatur Tg zwischen etwa 150 undSince the gas volume of this heat pump is the same at all times, on the other hand the working volumes V ^ and Vg above and below the periodically moving displacement pistons 4 and 5 change according to the stroke paths hj and hg, with the temperatures above being due to the regenerators 6 and 7 of the piston 5 irnme "· Tg and below the piston 4 is always T .. and in the housin / $ 3 T _Q, produces a periodic pressure fluctuation, which is marked in Figure 3 by the pressure curve p (t). the working cylinder 2 with the regenerator 7 and displacement piston 5, which has a predetermined ¥ 9τηβ-achievement Qg at the temperature Tg between about 150 and

500⁰C zugeführt wird, dient dazu, den Gasdruck in der500 ⁰ C is supplied to the gas pressure in the

-^ 4° VPA 81 P 8514 DE - ^ 4 ° VPA 81 P 8514 DE

Wärmemaschine periodisch zu verändern. Für den Winkel 0 = 180°, bei dem entsprechend dem Diagramm der Figur 4 das Arbeitsvolumen V₂ des Arbeitszylinders 2 seinen Höchstwert erreicht, befindet sich der maximal mögliche Teil der gesamten Gasmasse auf der höheren Temperatur T₂, was nach Figur 3 dem Maximalwert des Arbeitsdruckes ρ entspricht. Umgekehrt wird das Füllgas am oberen Totpunkt des Arbeitszylinders 2 bei 0 = 0 auf die Volumina bei T = T^ und T = T_Q verteilt und nach Figur 3 den Minimaldruck einnehmen.To change the heat engine periodically. For the angle 0 = 180 °, at which, according to the diagram in FIG. 4, the working volume V _{2 of} the working cylinder 2 reaches its maximum value, the maximum possible part of the total gas mass is at the higher temperature T ₂ , which is the maximum value of the according to FIG Working pressure ρ corresponds. Conversely, the filling gas is distributed at the top dead center of the working cylinder 2 at 0 = 0 to the volumes at T = T ^ and T = T _Q and assume the minimum pressure according to FIG.

In den Regeneratoren 6 und 7, die vorzugsweise eine Füllung aus feinen Metallnetzen oder -kügelchen besitzen, herrscht eine mittlere lineare Temperaturenverteilung zwischen T^ und T , bzw. Tp und T , die in einem vollen Arbeitszyklus erhalten bleibt. Bei einer Aufwärtsbewegung des Verdrängerkolbens 5 wird das Arbeitsgas des oberen Arbeitsraumes mit der Temperatur T₂ durch den Regenerator 7 geschoben und verläßt diesen auf seiner Niedertemperaturseite über den Wärmetauscher 13 mit der Temperatur T_Q.In the regenerators 6 and 7, which preferably have a filling of fine metal meshes or spheres, there is a mean linear temperature distribution between T ^ and T, or Tp and T, which is maintained in a full working cycle. When the displacement piston 5 moves upwards, the working gas of the upper working chamber with the temperature T ₂ is pushed through the regenerator 7 and leaves it on its low-temperature side via the heat exchanger 13 with the temperature T _Q.

Im Arbeitszylinder 1 für Niedertemperatur, dessen Kolben 4 mit einer vorbestimmten Phasenverschiebung, beispielsweise 90°, gegen den Verdrängerkolben 5 bewegt wird, schwankt natürlich der Arbeitsdruck des Füllgases entsprechend dem Verlauf von p(t) in FigurIn the working cylinder 1 for low temperature, the piston 4 of which has a predetermined phase shift, for example 90 °, is moved against the displacement piston 5, of course, the working pressure of the fluctuates Filling gas according to the course of p (t) in FIG

Trägt man den Arbeitsdruck ρ als Funktion des unter dem Verdrängerkolben 4 befindlichen Volumens V₁ graphisch auf, so erhält man ein Indikatordiagramm, dessen Flächeninhalt der während eines Arbeitszyklus aufgenommenen Wärmemenge q.,= p(t)dV^ bei der Temperatur T^i entspricht und dessen Umlaufsinn die dem Reservoir mit der Temperatur T>j entnommene WärmemengeIf the working pressure ρ is plotted _{graphically as a function of the volume V 1} located under the displacement piston 4, an indicator diagram is obtained, the area of which corresponds to the amount of heat absorbed during a working cycle q. = P (t) dV ^ at the temperature T ^ i and its direction of rotation is the amount of heat withdrawn from the reservoir with the temperature T> j

-p£ 44. VPA 81 P 8514 DE -p £ 44.VPA 81 P 8514 DE

beschreibt. Diese Wärmemenge wird auf die etwas höhere Temperatur T "gepumpt" und kann dem Wärmetauscher entnommen werden. Die Wärmepumpleistung berechnet sich aus der Wärmemenge q^ und der sekundlichen Drehzahl der Wärmemaschine zu Q₁ = η · q^, wenn der Arbeitszyklus η mal in der Sekunde durchlaufen wird.describes. This amount of heat is "pumped" to the slightly higher temperature T and can be taken from the heat exchanger. The heat pump output is calculated from the amount of heat q ^ and the secondary speed of the heat engine to Q ₁ = η · q ^ , if the work cycle is run η times per second.

Dem System werden demnach die Wärmeleistungen Q₁ bei Niedertemperatur T,. im Arbeitszylinder 1 im Bereich zwischen O⁰C und etwa 15⁰C und Q₂ bei der höheren Temperatur T₂ im Zylinder 2 zugeführt. Da der Kreisprozeß keine mechanische Arbeit liefern kann (Vorder- und Rückseite der Verdrängerkolben stehen immer unter demselben Arbeitsdruck!), erzeugt dieser Arbeitsprozeß im Idealfall nach dem 1. Hauptsatz der Thermodynamik die nutzbare Heizleistung Q=Q-+ CU bei der Temperatur T_Q, die etwa zwischen 40 und 60⁰C liegt. Das theoretische Verhältnis der beiden zugeführten Wärmemengen berechnet.sich aus der Beziehung φ Φ ΦAccordingly, the system receives the heat outputs Q ₁ at low temperature T i. in the working cylinder 1 in the range between ⁰ ° C. and about 15 ^° C. and Q ₂ at the higher temperature T ₂ in the cylinder 2. Since the cycle process cannot deliver any mechanical work (the front and back of the displacement pistons are always under the same working pressure!), This working process ideally generates the usable heating power Q = Q- + CU at the temperature T _Q , according to the 1st law of thermodynamics, approximately between 40 and 60 ⁰ C. The theoretical ratio of the two quantities of heat supplied is calculated from the relationship φ Φ Φ

.Q Q *2 . Vfi.Q Q * 2. Vfi

und beträgt z.B. für die Werte T = 5O⁰C, T₁ = 1O⁰C, T₂ - 300 C, Q₂ZQ₁ = 0,32, d.h. etwa 1/4 der gesamten zugeführten Wärmeleistung wird bei hoher Temperatur, der Rest bei tiefer Temperatur den Wärmereservoirs entnommen. Damit ergibt sich für die angegebenen Temperaturen mit einer verlustlosen Maschine die Leistungszifferand for the values T = 50 ⁰ C, T ₁ = 10 ⁰ C, T ₂ - 300 C, Q ₂ ZQ ₁ = 0.32, ie about 1/4 of the total heat input is at high temperature, the rest taken from the heat reservoir at low temperature. This results in the performance figure for the specified temperatures with a lossless machine

ε= (Q₁ + Q₂)/Q₂ = 5,12. (2)ε = (Q ₁ + Q ₂ ) / Q ₂ = 5.12. (2)

VPA 81 P 8514 DE Die Maschine liefert also bei 5O⁰C über 5 kW Nutzwärme bei einem Einsatz von 1 kW Primärenergie und 4 kW bei 10⁰C entnommener Wärmeleistung.VPA 81 P 8514 E The machine thus supplies of removed heat capacity at 5O ⁰ C for 5 kW useful heat when using 1 kW of primary energy and 4 kW at 10 ⁰ C.

Ein wesentliches Merkmal dieser thermisch angetriebenen Wärmepumpe liegt darin, daß theoretisch zu ihrem Betrieb keine mechanische Energie erforderlich ist und die bei der höheren Temperatur T₂ zugeführte Wärmeleistung Q₂ nur dazu dient, mit Hilfe des harmonisch bewegten Verdrängerkolbens 5 im Zylinder 2 (und natürlich im ganzen geschlossenen System) eine periodische Druckänderung zu erzeugen. Mit dem zweiten Verdrängerkolben und dem Regenerator 6 kann bei geeigneter Phasenlage die Wärmeleistung Q^ von T^ auf die Nutztemperatur T gepumpt werden.An essential feature of this thermally driven heat pump is that no mechanical energy is theoretically able to operate required and supplied at the higher temperature T ₂ heat output Q ₂ only serves by means of the harmonically moving displacer piston 5 in the cylinder 2 (and of course in entire closed system) to generate a periodic pressure change. With the second displacement piston and the regenerator 6, the heat output Q ^ can be pumped from T ^ to the useful temperature T with a suitable phase position.

Als Arbeitsgas ist im Prinzip jedes Gas geeignet, wie z.B. trockener Stickstoff oder Kohlensäure, aber auch Helium oder ein anderes Edelgas, mit dem die hermetisch geschlossene Anlage mit einem Druck zwischen etwa 5 und 30 bar gefüllt wird. Da die Nutzleistung dieser Anlage dem Fülldruck proportional ist, ergibt sich eine einfache Methode der Leistungsregelung durch Verändern des mittleren Arbeitsdruckes.In principle, any gas is suitable as a working gas, such as dry nitrogen or carbon dioxide, but also Helium or another noble gas, with which the hermetically sealed system with a pressure between about 5 and is filled to 30 bar. Since the net output of this system is proportional to the filling pressure, it results a simple method of power control by changing the mean working pressure.

Bei der technischen Ausführung der Wärmemaschine ist zu berücksichtigen, daß beide Verdrängerkolben 4 und 5 in den Arbeitszylindern 1 und 2 abgedichtet werden müssen, wozu eine einfache O-Ringdichtung 16 und 17 ausreichend ist, da (theoretisch) Ober- und Unterseiten der Kolben dem gleichen Druck ausgesetzt sind. Für die Überwindung der Reibung an diesen Dichtungen sowie der Druckverluste des Arbeitsgases in den Regeneratoren β und 7 und Wärmetauschern 11, 12 und 13 ist eine mechanische Antriebsleistung aufzuwenden. Gleiches giltIn the technical design of the heat engine is to take into account that both displacement pistons 4 and 5 are sealed in the working cylinders 1 and 2 must, for which a simple O-ring seal 16 and 17 is sufficient, there (theoretically) the top and bottom the piston are exposed to the same pressure. For overcoming the friction on these seals as well as the Pressure losses of the working gas in the regenerators β and 7 and heat exchangers 11, 12 and 13 is one to use mechanical drive power. same for

: ''Ζ J. 311587G: '' Ζ J. 311587G

VPA 81 P 8514 DE für die phasenverschobene Bewegung der beiden Verdrängerkolben 4 und 5 mit Hilfe eines geeigneten Antriebs oder Getriebes. Die relativ geringe mechanische Antriebsleistung wird der Wärmepumpe durch einen hermetisch abgedichteten Elektromotor 18 zugeführt. Um eine Stopfbuchsendurchführung für die Antriebswelle zu vermeiden, kann vorzugsweise ein elektrischer Spaltmotor angewandt werden. Für den sich dadurch ergebenden Gesamtwirkungsgrad stellen die Reibungs- und Gasdruck-Verluste im eigentlichen Sinn keine Verlustquellen dar, da sie bei der Temperatur T auftreten und zur Nutzleistung hinzugefügt werden.VPA 81 P 8514 DE for the phase-shifted movement of the two displacement pistons 4 and 5 with the help of a suitable drive or gear. The relatively low mechanical Driving power is supplied to the heat pump by a hermetically sealed electric motor 18. In order to avoid a stuffing box lead-through for the drive shaft, an electric gap motor can preferably be used can be applied. The friction and gas pressure losses represent the resulting overall efficiency in the strict sense of the word do not represent any sources of loss, since they occur at temperature T and contribute to the useful power to be added.

Unter Berücksichtigung der zu erwartenden Verluste in den Wärmetauschern 11 bis 13 und infolge des Druckabfalls in den Regeneratoren 6 und 7 werden Gesamtwirkungsgrad und spezifische Leistung der Wärmemaschine um so höher, je größer das Verhältnis von Maximal- zu Minimalwert des nach Figur 3 periodisch sich ändernden Arbeitsdruckes wird, wenn dieselben Temperaturen zugrundegelegt werden. Dieses Druckverhältnis hängt von der Größe der nicht unmittelbar am Kreisprozeß beteiligten Volumina für die Wärmeübertragung in den Wärmetauschern 11, 12 und 13 und dem Antriebsmechanismus 8 für die Verdrängerkolben 4 und 5 ab. Je kleiner diese Totvolumina im Verhältnis zu den Hubräumen der Arbeitszylinder 1 und 2 ist, um so größer wird das Druckverhältnis und die spezifische Wärmeleistung. Es werden beispielsweise drei verschiedene Konstruktionen ingegeben, die sich durch kleine Totvolumina und lange Lebensdauer auszeichnen.Taking into account the expected losses in the heat exchangers 11 to 13 and as a result of the pressure drop in the regenerators 6 and 7 are the overall efficiency and specific power of the heat engine the higher, the greater the ratio of the maximum to the minimum value of the periodically changing according to FIG Working pressure if the same temperatures are used. This pressure ratio depends on the size of the volumes not directly involved in the cycle for the heat transfer in the heat exchangers 11, 12 and 13 and the drive mechanism 8 for the displacement pistons 4 and 5. The smaller this one Dead volumes in relation to the displacement of the working cylinders 1 and 2, the greater the pressure ratio and the specific heat output. For example, three different constructions are given, which are characterized by small dead volumes and a long service life.

In den Schnittbildern der Figuren 5 und 6 ist vereinfacht ein Zahnradgetriebe dargestellt, das die Wirkung auf einen der beiden Verdrängerkolben erläutern helfenIn the sectional images of Figures 5 and 6, a gear transmission is shown in simplified form, which the effect on one of the two displacement pistons

VPA 81 P 8514 DE soll. Das Getriebe besteht aus dem Innenzahnkranz 19, der im geteilten Antriebsgehäuse 20 und 21 eingepaßt und befestigt ist. Ein Planetenzahnrad 22 mit gleicher Zahnteilung jedoch der halben Zähnezahl wie der Innenzahnkranz 19 ist drehbar auf einem Kurbelzapfen gelagert, der an einer Kurbelscheibe 24 befestigt ist. Bei der Drehung der Kurbelscheibe 24 auf der Welle 25 um die Achse a-a wird das Planetenzahnrad 22 auf einem Durchmesser geführt, der dem halben Teilkreisdurchmesser des Innenzahnkranzes 19 entspricht. Ein auf dem Teilkreis des Planetenzahnrades 22 befestigter Kurbelzapfen 26 beschreibt bei einem Umlauf der Kurbelscheibe 24 eine Hypozykloidenbahn, die exakt eine doppelt durchlaufene Gerade von der Länge des Teilkreises des Innenzahnkranzes 19 darstellt. Eine am Kurbelzapfen 26 angelenkte flache Kolbenstange 27 trägt an ihrem freien Ende einen der Verdrängerkolben. Der sichelförmige Raum zwischen festem Innenzahnkranz 19 und Planetenzahnrad 22 ist mit einem Verdrängungskörper 28 ausgefüllt. Es kann auch die Kurbelscheibe 24, die den Innenraum des Innenzahnkranzes 19 ausfüllt, zur Aufnahme des Planetenzahnrades 22 passend ausgefräst werden. Das Totvolumen dieser Konstruktion besteht lediglich aus den Leerräumen zwischen den Zähnen des Innenzahnkranzes 19 und des Planetenzahnrades 22 sowie einem Freiraum 29 für die Kolbenstange 27. Vorzugsweise setzt sich der Antrieb der thermisch aktivierten Wärmepumpe aus zwei solcher Hypozykloidengetriebe zusammen, deren Kurbelzapfen 26 um 90° gegeneinander phasenververschoben sind. Die Hübe der beiden Antriebe können verschieden sein.VPA 81 P 8514 DE should. The gear consists of the inner ring gear 19, which is fitted and fixed in the split drive housing 20 and 21. A planetary gear 22 with the same Tooth pitch of half the number of teeth as the inner ring gear 19 is rotatable on a crank pin mounted, which is attached to a crank disk 24. When the crank disk 24 rotates on the shaft 25 The planetary gear 22 is guided around the axis a-a over a diameter which is half the pitch circle diameter of the internal ring gear 19 corresponds. A crank pin attached to the pitch circle of the planetary gear 22 During one revolution of the crank disk 24, 26 describes a hypocycloid path that is exactly one double represents the traversed straight line of the length of the pitch circle of the internal gear rim 19. One on the crank pin 26 articulated flat piston rod 27 carries one of the displacement pistons at its free end. The sickle-shaped one The space between the fixed internal gear rim 19 and planetary gear 22 is provided with a displacement body 28 filled out. The crank disk 24, which fills the interior of the internal gear rim 19, can also be used for receiving of the planetary gear 22 are milled out to match. The dead volume of this construction consists only from the empty spaces between the teeth of the internal ring gear 19 and the planetary gear 22 as well a free space 29 for the piston rod 27. The drive of the thermally activated heat pump preferably stops composed of two such hypocycloidal gears, the crank pins 26 of which are phase-shifted by 90 ° with respect to one another are. The strokes of the two drives can be different.

Anstelle dieses Getriebes für den Antrieb der zwei Verdrängerkolben 4 und 5 der Wärmemaschine kann der Antriebsmechanismus 8 in Figur 1 auch durch zweiInstead of this gear for driving the two displacement pistons 4 and 5 of the heat engine can Drive mechanism 8 in Figure 1 also by two

VPA 81 P 8514 DEVPA 81 P 8514 DE

getrennte, ö!hydraulisch angetriebene Kolbenstangen 9 und 10 realisiert werden, die getrennt in passenden Zylindern geführt und gegen den Arbeitsdruck in den ■ Arbeitszylindern 1 und 2 mit etwa konstanter Hubgegeschwindigkeit, jedoch mit einer Phasenverschiebung von 90° bewegt werden. Beim Erreichen der Totpunkte erfolgt automatisch die Umsteuerung der Druckölzufuhr. Bei dieser Antriebsart der Verdrängerkolben ergibt sich » bei sonst gleichen Hubräumen, Regeneratoren und Wärmetauschern« ein höheres Verhältnis von maximalem zu minimalem Arbeitsdruck und damit eine größere spezifische Literleistung im Vergleich zur harmonisch angetriebenen Wärmepumpe.separate, hydraulically driven piston rods 9 and 10 are realized, which are guided separately in matching cylinders and against the working pressure in the ■ Working cylinders 1 and 2 with an approximately constant stroke speed, but with a phase shift be moved by 90 °. When reaching the dead center the pressure oil supply is automatically reversed. With this type of drive, the displacement piston results "with otherwise the same cubic capacity, regenerators and heat exchangers" a higher ratio of maximum too minimal working pressure and thus a greater specific liter output compared to the harmonious driven heat pump.

Xn Figur 7 ist eine weitere mögliche AusfUhrungsform der Wärmemaschine vereinfacht wiedergegeben, bei derXn Figure 7 is a further possible embodiment the heat engine reproduced in simplified form, in the

* ν . anstelle der Verdrängerkolben 4 und 5 Flüssigkeitsbad WiV--ι * ν. instead of the displacement piston 4 and 5 liquid bath WiV- -ι ■ ^β ■ ^w ■ ^β ■ ^w

&*i ' säulen in Druckbehältern 30 bis 32 benutzt werden, & * i 'columns in pressure vessels 30 to 32 are used, deren Flüssigkeitshöhe durch kleine Pumpen 39 bzw. 40 in geeigneter Weise und unter Wahrung der Phasenbeziehung periodisch verändert wird. Die mit einer geeigneten Flüssigkeit von hohem Siedepunkt beim angewandten Arbeitsdruck gefüllten Druckbehälter 30» 31 xma 32 ersetzen die Verdrängerkolben 4 und 5 in Figur 1. Um das in Regeneratoren 33 und 34 temperierte Arbeitsgas periodisch und in vorgeschriebener Phasen-Beziehung zwischen die Wärmetauscher 35, 36 bzw. zwischen dem Heizelement oder Brenner 37 und dem Wärmetauscher 38 durchströmen zu lassen, sind zwischen denthe liquid level of which is periodically changed by small pumps 39 and 40 in a suitable manner and while maintaining the phase relationship. The pressure vessels 30 »31 xma 32 filled with a suitable liquid with a high boiling point at the applied working pressure replace the displacement pistons 4 and 5 in FIG or between the heating element or burner 37 and the heat exchanger 38 to flow through, are between the Behältern 30, 31 und 32 Flüssigkeitspumpen 39, 40 von etwa konstantem Mengendurchfluß eingeschaltet, welche durch die Regel- und Steuereinheit 41 eingeschaltet und umgepolt werden. Um kleine Totvolumina realisieren zu können, sind die Druckbehälter 30 und 32 mitTanks 30, 31 and 32 liquid pumps 39, 40 of approximately constant mass flow switched on, which is switched on by the regulating and control unit 41 and be reversed. In order to be able to realize small dead volumes, the pressure vessels 30 and 32 are with

Flüssigkeitsstandmessern versehen, die an die Steuer-Provided liquid level gauges, which are connected to the control

VPA 81" P 8514 DE soll. Das Getriebe besteht aus dem Innenzahnkranz 19, der im geteilten Antriebsgehäuse 20 und 21 eingepaßt und befestigt ist. Ein .Planetenzahnrad 22 mit gleicher Zahnteilung jedoch der halben Zähnezahl wie der Innenzahnkranz 19 ist drehbar auf einem Kurbelzapfen gelagert, der an einer Kurbelscheibe 24 befestigt ist. Bei der Drehung der Kurbelscheibe 24 auf der Welle 25 um die Achse a-a wird das Planetenzahnrad 22 auf einem Durchmesser geführt, der dem halben Teilkreisdurchmesser des Innenzahnkranzes 19.entspricht. Ein auf dem Teilkreis des Planetenzahnrades 22 befestigter Kurbelzapfen 26 beschreibt bei einem Umlauf der Kurbelscheibe 24 eine Hypozykloidenbahn, die exakt eine doppelt durchlaufene Gerade von der Länge des Teilkreises des Innenzahnkranzes 19 darstellt. Eine am Kurbelzapfen 26 angelenkte flache Kolbenstange 27 trägt an ihrem freien Ende einen der Verdrängerkolben. Der sichelförmige Raum zwischen festem Innenzahnkranz 19 und Planetenzahnrad 22 ist mit einem Verdrängungskörper 28 ausgefüllt. Es kann auch die Kurbelscheibe 24, die den Innenraum des Innenzahnkranzes 19 ausfüllt, zur Aufnahme des Planetenzahnrades 22 passend ausgefräst werden. Das Totvolumen dieser Konstruktion besteht lediglich aus den Leerräumen zwischen den Zähnen des Innenzahnkranzes 19 und des Planetenzahnrades 22 sowie einem Freiraum 29 für die Kolbenstange 27. Vorzugsweise setzt sich der Antrieb der thermisch aktivierten Wärmepumpe aus zwei solcher Hypozykloidengetriebe zusammen, deren Kurbelzapfen 26 um 90° gegeneinander phasenververschoben sind. Die Hübe der beiden Antriebe können verschieden sein.VPA 81 "P 8514 DE target. The transmission consists of the internal ring gear 19 which fits into the split drive housing 20 and 21 and is attached. A planetary gear 22 with the same pitch but half the number of teeth as the Internal ring gear 19 is rotatably mounted on a crank pin which is fastened to a crank disk 24. When the crank disk 24 rotates on the shaft 25 about the axis a-a, the planetary gear 22 is on a Diameter out of half the pitch circle diameter of the internal gear ring 19. corresponds. A crank pin attached to the pitch circle of the planetary gear 22 During one revolution of the crank disk 24, 26 describes a hypocycloid path that is exactly one double represents the traversed straight line of the length of the pitch circle of the internal gear rim 19. One on the crank pin 26 articulated flat piston rod 27 carries one of the displacement pistons at its free end. The sickle-shaped one The space between the fixed internal gear rim 19 and planetary gear 22 is provided with a displacement body 28 filled out. The crank disk 24, which fills the interior of the internal gear rim 19, can also be used for receiving of the planetary gear 22 are milled out to match. The dead volume of this construction consists only from the empty spaces between the teeth of the internal ring gear 19 and the planetary gear 22 as well a free space 29 for the piston rod 27. The drive of the thermally activated heat pump preferably stops composed of two such hypocycloidal gears, the crank pins 26 of which are phase-shifted by 90 ° with respect to one another are. The strokes of the two drives can be different.

Anstelle dieses Getriebes für den Antrieb der zwei Verdrängerkolben.4 und 5 der Wärmemaschine kann der Antriebsmechanismus 8 in Figur 1 auch durch zweiInstead of this gear for driving the two displacement pistons. 4 and 5 of the heat engine, the Drive mechanism 8 in Figure 1 also by two

' VPA 81 P 8514 DE getrennte, ölhydraulisch angetriebene Kolbenstangen 9 und 10 realisiert werden, die getrennt in passenden Zylindern geführt und gegen den Arbeitsdruck in den Arbeitszylindern 1 und 2 mit etwa konstanter Hubgegeschwindigkeit, Jedoch mit einer Phasenverschiebung von 90° bewegt werden. Beim Erreichen der Totpunkte erfolgt automatisch die Umsteuerung der Druckölzufuhr. Bei dieser Antriebsart der Verdrängerkolben ergibt sich - bei sonst Reichen Hubräumen, Regeneratoren und Wärmetauschern- ein höheres Verhältnis von maximalem zu minimalem Arbeitsdruck und damit eine größere spezifische Literleistung im Vergleich zur harmonisch angetriebenen Wärmepumpe. ' VPA 81 P 8514 DE separate, oil-hydraulically driven piston rods 9 and 10 can be realized, which are guided separately in suitable cylinders and are moved against the working pressure in working cylinders 1 and 2 with an approximately constant stroke speed, but with a phase shift of 90 °. When the dead center is reached, the pressure oil supply is automatically reversed. With this type of drive of the displacement piston - with otherwise large displacements, regenerators and heat exchangers - there is a higher ratio of maximum to minimum working pressure and thus a greater specific liter output compared to the harmoniously driven heat pump.

In Figur 7 ist eine weitere mögliche Ausführungsform der Wärmemaschine vereinfacht wiedergegeben, bei der anstelle der Verdrängerkolben 4 und 5 Flüssigkeitssäulen in Druckbehältern 30 bis 32 benutzt werden, . deren Flüssigkeitshöhe durch kleine Pumpen 39 bzw. 40 in geeigneter Weise und unter Wahrung der Phasenbeziehung periodisch verändert wird. Die mit einer geeigneten Flüssigkeit von hohem Siedepunkt beim angewandten Arbeitsdruck gefüllten Druckbehälter 30, 31 und 32 ersetzen die. Verdrängerkolben 4 und 5 in Figur 1. Um das in Regeneratoren 33 und 34 temperierte Arbeitsgas periodisch und in vorgeschriebener Phasenbeziehung zwischen die Wärmetauscher 35» 36 bzw. zwischen dem Heizelement oder Brenner 37 und dem Wärmetauscher 38 durchströmen zu lassen, sind zwischen den Behältern 30, 31 und 32 Flüssigkeitspumpen 39, 40 von etwa konstantem Mengendurchfluß eingeschaltet, welche durch die Regel- und Steuereinheit 41 eingeschaltet und umgepolt werden. Um kleine Totvolumina realisieren zu können, sind die Druckbehälter 30 und 32 mit Flüssigkeitsstandmessern versehen, die an die Steuer-In Figure 7, a further possible embodiment of the heat engine is shown in simplified form, in which instead of the displacer pistons 4 and 5, liquid columns in pressure vessels 30 to 32 are used, . their liquid level by small pumps 39 and 40 in a suitable manner and while maintaining the phase relationship is changed periodically. Which when applied with a suitable liquid of high boiling point Working pressure filled pressure vessels 30, 31 and 32 replace the. Displacement pistons 4 and 5 in Figure 1. To the working gas tempered in regenerators 33 and 34 periodically and in a prescribed phase relationship between the heat exchangers 35 »36 or between the heating element or burner 37 and the heat exchanger 38 to flow through, are between the containers 30, 31 and 32 liquid pumps 39, 40 of approximately constant mass flow switched on, which is switched on by the regulating and control unit 41 and be reversed. To realize small dead volumes to be able to, the pressure vessels 30 and 32 are provided with liquid level gauges, which are connected to the control

VPA 81 P 8514 DE einheit 41 erst dann das Kommando zur Umsteuerung der entsprechenden Pumpe geben, wenn der oberste Flüssigkeitsstand erreicht ist. Um die Übertragungsflüssigkeit vor den hohen Temperaturen T« des thermischen Verdichters zu isolieren, ist vorzugsweise im Druckbehälter 32 ein druckfester Schwimmer 42 vorgesehen, der aus thermisch gut isolierendem Material besteht. Wie bei den anderen Ausführungsformen der Wärmemaschine . wird die hochzupumpende Wärmemenge bei der niedrigen Temperatur T^ über den Wärmetauscher 35 auf das Arbeitsgas übertragen und die Nutzwärme den in Serie geschalteten Wärmetauschern 36 und 38 entnommen. Um auch den Totraum im Druckbehälter 31 möglichst zu reduzieren, wird die Füllhöhe so eingestellt, daß sie bei einem Winkel von etwa 225° ihren Höchststand erhält und das Ärbeitsgas völlig verdrängt wird.VPA 81 P 8514 DE unit 41 only then gives the command to reverse the give the appropriate pump when the uppermost liquid level is reached. To the transmission fluid Insulating from the high temperatures T «of the thermal compressor is preferably in the pressure vessel 32, a pressure-resistant float 42 is provided, which consists of a material with good thermal insulation. As in the other embodiments of the heat engine. is the amount of heat to be pumped up at the low Temperature T ^ transferred via the heat exchanger 35 to the working gas and the useful heat in series switched heat exchangers 36 and 38 removed. In order to also minimize the dead space in the pressure vessel 31 reduce the level is adjusted so that it is at an angle of about 225 ° its maximum and the working gas is completely displaced.

Als Verdrängerflüssigkeiten kommen solche mit hohem Siedepunkt, geringer Viskosität und kleinem Dampfdruck im Bereich der Betriebstemperaturen in Betracht. Die Umschaltzeit richtet sich nach der Behälter- und Pumpengröße und wird 0,5 Sekunden im Minimum betragen können.Displacement fluids are those with a high boiling point, low viscosity and low vapor pressure in the operating temperature range. The switching time depends on the container and Pump size and will be a minimum of 0.5 seconds.

Anstelle der Verdrängerkolbendichtung durch die O-Ringe in Figur 1 kann auch eine Labyrinthdichtung des Kolbens selbst treten, die aus vielen scharfen Nuten auf der Kolbenoberfläche besteht. In diesem Fall müssen die Kolbenstangen 9 und 10 im Antriebsgehäuse 3 in einer Stopfbuchsenpackung sauber geführt werden und sollte zwischen Zylinderwand und Kolben ein Gasspalt von höchstens 0,1 mm vorhanden sein. Das Material der Verdrängerkolben sollte eine kleine Wärmeleitfähigkeit besitzen, um zusätzliche Verluste durch Wärmeleitung zwischen den Arbeitsräumen ober- und unterhalb derInstead of the displacement piston seal through the O-rings In Figure 1, a labyrinth seal of the piston itself can occur, which consists of many sharp grooves exists on the piston surface. In this case, the piston rods 9 and 10 in the drive housing 3 must in a gland packing and there should be a gas gap between the cylinder wall and the piston of 0.1 mm or less. The material of the displacement piston should have a small thermal conductivity own to additional losses due to heat conduction between the working spaces above and below the

VPA 81 P 8514 DE beiden Verdrängerkolben klein zu halten.VPA 81 P 8514 DE to keep both displacement pistons small.

Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 sind die thermischen Regeneratoren 6 und 7 außerhalb der Verdrängerkolben 4 und 5 angeordnet. Diese Regeneratoren können jedoch auch jeweils innerhalb eines hohlen Verdrängerkolbens untergebracht werden.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the thermal regenerators 6 and 7 are outside the displacement pistons 4 and 5 arranged. However, these regenerators can also each be located within a hollow displacement piston be accommodated.

14 Patentansprüche
7 Figuren14 claims
7 figures

Claims

31158-6

^ VPA 81 P 8514 DE patent claims

-Ό-Ό

(ΐ / heat exchanger with which a heat output of lower temperature to a higher temperature by means of reversible changes of state of a constant gas mass is brought, characterized in that it consists of two working cylinders (1, 2) with corresponding displacement pistons (4 or 5) exists whose j- - \ iodic stroke movement by a predetermined Phase angles are shifted from one another in time, and that the working cylinder (1, 2) one after Enclose the outside hermetically sealed, constant volume that is filled with gas or steam from one predetermined medium pressure is filled and its one cylinder head (14) heat at a relatively high temperature (Tg) is supplied while the other A much larger amount of heat to be pumped up is supplied to the cylinder head and the waste heat from both cylinders (1, 2) can be taken from a common drive housing (3) (Figure 1).

2c heat engine according to claim 1, characterized characterized in that the drive (8) of both displacement pistons (4, 5) via a common Crankshaft takes place in a crankcase with the smallest possible dead volume, which depends on the geometric Angle between the cylinder axes between the two displacement pistons (4, 5) has a phase angle 'of generated about 90 ° and hermetically sealed from the environment via an electric gap motor (18) from is driven externally (Figure 1).

3 ο Heat machine according to claim 1 or 2, " a characterized in that each of the displacement pistons (4, 5) is fixed by one of a

BATH ORIGINAL

.-. 311587ο

VPA 81 P 8514 DE Internal gear rim (19)> a rotating planetary gear (22) with half the number of teeth and a connecting rod pin (23) on the pitch circle is moved harmoniously in the corresponding cylinder and the dead volume between the internal ring gear (19) and planetary gear (22) through a suitable displacement body (28) of sickle-shaped shape is reduced to a minimum (Figures 5 and 6).

4. Heat machine according to claim 1 or 2, characterized in that the displacement piston (4, 5) are individually moved harmoniously by a piston rod (27) which is hydraulically pressed against the in high gas pressure prevailing in the machine and with a phase difference of around 90 ° between the two displacement pistons (4, 5) are driven, the reversal automatically taking place at the dead centers of the piston movement.

5. Heat machine according to claim 1 or 2, characterized in that the displacement piston are moved harmoniously by piston rods provided with an internal thread, which in turn counteract Rotation secured by threaded rods, which are driven by a reversible electric motor, back and forth are pushed back, a phase difference of 90 ° being established again between the two piston movements will.

6. Heat machine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the thermal regenerators are housed inside the hollow displacement piston.

3115873

VPA 81 P 8514 DE

7 ο heat engine, in particular according to claim 1, characterized in that liquid columns in three pressure vessels (30 to 32) are used whose gas volume is above the liquid level through between two containers switched, reversible liquid pumps (39, 40) are changed periodically and in such a way that the required Phase difference of about 90 ° between the working volumes comes about (Figure 7). 10

8 ο heat machine according to claim 7, characterized in that the two liquid pumps (39, 40) can be switched and reversed by a common controller (41) that controls the working frequency is determined and influenced by sensors for the liquid shhehen (Figure 7).

9 ο heat engine according to one of claims 1 to 8, characterized in that a heat exchanger connected downstream of the high temperature area from a fan or catalytic burner or heated by means of an electric heater.

1Oo heat machine according to one of claims 1 to 9, characterized in that, when used as a heat pump, the heat output ((L) to be pumped up to the heat exchanger of the pump cylinder at temperatures (T ^) between 0 and about 15 ⁰ C and the useful output ( Q ₀ ) is taken from the heat exchangers or the drive housing (3) at temperatures (T) between approximately 40 and 60 ° C.

11 "Heat machine according to one of claims * Ms 9, characterized in that it works as a cooling unit _s where the Temperatursn of

BAD ORSGiNAL

-I / - VPA 81 P 8514 DE

Pump cylinders and useful heat exchangers compared to those mentioned in claim 10 by about 10 to 20 K lower lie.

12. Heat machine according to one of claims 1 to 11, characterized in that the regulation of the heating or cooling capacity via the drive speed or via the working pressure of the gaseous Working medium takes place «10

13. Heat machine according to claims 1 to 12, characterized in that a gas is used as the working medium, which in the The temperature set in the pump cylinder and the maximum system pressure condenses as a liquid.

14. Heat machine according to one of claims 1, 6, 9, 10, 11, 12 and 13, characterized that only one of the two displacement pistons harmoniously in the corresponding via a crank mechanism Cylinder is moved, while the second piston as a result of the occurring during a load cycle Pressure difference at the ends of the thermal regenerators with a phase difference of about 90 ° is moved with respect to the positively controlled piston.