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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Wärme und Kälte In einer
Kältemaschine benutzt man bekanntlich Arbeitsprozesse, die aus einer Kompression,
einer Wärmeabgabe bei konstantem Druck, einer Entspannung und einer Wärmeaufnahme
bei konstantem, aber niedrigerem Druck bestehen. Ein derartiger Kreisprozeß verbraucht
eine Energiemenge, die gleich dem Unterschied zwischen der bei der Kompression des
Gases erforderlichen und der bei der Entspannung des Gases wiedergewonnenen Energie
ist. Dieser Unterschied ist bedingt durch Volumenschwankungen des Gases, die von
Temperaturänderungen herrühren, und durch Gasverluste. Die verbrauchte Energie des
Kreislaufes wird für gewöhnlich in mechanischer Form durch einen Motor geliefert.
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Man hat bereits vorgeschlagen, eine Heißluftmaschine zur Lieferung
dieser Energie zu benutzen und sie mit einer Luftkältemaschine mechanisch zu kuppeln.
Infolge der Umwandlung der thermischen Energie in mechanische Energie innerhalb
der Maschine und der darauffolgenden Rückumwandlung der mechanischen Energie in
thermische innerhalb der Kältemaschine entstehen große Verluste, deren Wirkungen
sich summieren.
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Durch die Erfindung ist bezweckt, diese doppelte Umwandlung zu vermeiden
und in einer praktischen Weise thermische Energieumwandlungen zu erzielen, durch
die Temperaturen unterhalb o' C erreicht werden, ohne die Energie in mechanischer
Form durchlaufen zu lassen, um die Wirkungsgradverluste zu vermeiden, die dadurch
entstehen, daß die Energie in mechanischer Form durchläuft.
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Gemäß der Erfindung läßt man zu diesem Zweck eine Wärmequelle auf
ein Gas wirken, welches einen Kreisprozeß durchläuft, ähnlich dem einer Heißluftmaschine,
während eine andere Gasmenge einen linken Kreisprozeß durchläuft, ähnlich dem einer
Kältemaschine. Infolge der Anordnung von Kanälen, durch welche diese beiden Kreisläufe
miteinander verbunden sind, kann der rechts laufende Kreislauf als Luftkompressor
arbeiten, und durch die Verbindungskanäle kann die überschüssige Gasmenge hindurchtreten,
die von der Erhitzung in dem rechts laufenden Kreislauf stammt. Dadurch kann die
Zusammenziehung, die in dem links laufenden Kreislauf durch Abkühlung entsteht,
ausgeglichen werden.
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Durch diese Gasführung, die zwischen den beiden Kreisläufen einen
Ausgleichstrom bildet, ist ermöglicht, ohne eine mechanische Energie für den Ausgleich
der Volumenschwankungen des Gases auszukommen, die durch die Temperaturschwankungen
bedingt
sind. Man vermeidet daher auch die Verluste, die durch die
Anwendung mechanischer Organe .entstehen: Jeder Kreislauf enthält einen Kompressor,
eine Entspannungsmaschine und zwei Temperaturwechsler, von denen einer durch eine-Verbindung
mit der Außenluft ersetzt werden kann, wenn Luft oder ein Gas bei Atmosphärendruck
unmittelbar in den einen oder anderen Kreislaufeingelassen wird. Der Ausgleichstrom
kann einfach dadurch geschaffen werden, daß die bei konstantem Druck arbeitenden
Temperaturwechsler der beiden Kreisläufe miteinander in Verbindung gesetzt werden,
wenn alle beide den gleichen brückunterschi:ed aufweisen. Sind diese Druck= unterschiede
voneinander verschieden; so kann der Ausgleichstrom durch eine drück-erzeugende
oder -aufnehmende Maschine geleitet werden.
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Die Verdichtungsarbeiten und 'die Entspannungsarbeiten werden dann
in jedem der beiden Kreisläufe fast gleich;- die in jeder Entspannungsmaschine frei
werdende mechanische Energie wird in dem zugeordneten Kompressor wiedergewonnen,
und es genügt eine kleine Hinzugabe mechanischer Energie, um die Reibungen auszugleichen.
Diese Zugabe kann durch den Energienüberschuß des rechts laufenden Teiles des Kreisprozesses
geliefert werden, und zwar in der Form eines Überschusses an Druckgas oder in der
Form eines Druckunterschiedes, der in dem rechts laufenden Teil größer ist als in
dem links laufenden Teil.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgen die Verdichtungen
und Entspannungen im rechts laufenden Teil adiabatisch, während sie im links laufenden
Teil angenähert isothermisch verlaufen, um die erzielte thermische Wirkung zu erhöhen.
Da @es in der Praxis schwierig ist, isothermisch verlaufende Verdichtungen und Entspannungen
zu erhalten, so erzielt man auch noch fast gleichwertige Erfolge, wenn man -die
Verdichtungen und Entspannungen des links laufenden Teiles des Kreisprozesses in
zwei oder mehrere Stufen unterteilt, wobei in jeder Stufe :ein Wärmeaustausch stattfindet.
Der Ausgleich der entstehenden Volumenveränderung erfolgt durch die Bildung eines
Gasstromes zwischen den Temperaturwechslern, in denen sich die thermischen Arbeitsvorgänge
im -entgegengesetzten Sinn abspielen.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung können als thermische Energiequelle
Gase mit einer Temperatur von i oo° bis 200°C, also z. B. Verbrennungsgase, verwendet
werden, die für gewöhnlich als wertlos gelten. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens
strömen die heißen Gase (Verbrennungsgase oder Abgase) unmittelbar in den rechts
laufenden Teil des Kreisprozesses, anstatt in Temperaturwechslern ihre Wärme an
diese durchströmenden Gase abzugeben. Es genügt hierzu, daß der höchste Druck im
l-reisprozeß dem des umgebenden Mittels entspricht, während der tiefste Druck durch
Entspannung der heißen Gase erhalten wird.
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Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann mittels Kompressoren
und Entspannungsmaschinen jeder bekannten Bauart erfolgen. Vorteilhaft wird als
Kompressor und als Entspannungsmaschine eine Maschine benutzt, bei der ohne Zwischenschaltung
mechanischer Organe --ein Druckaustausch zwischen dem im Entspannungsabschnitt und
dem 'im Verdichtungsabschnitt befindlichen Gas :erfolgt. Man vermeidet auf diese
Weise nicht nur das Durchlaufen von Energie in mechanischer Form von einem Kreislauf
auf den anderen, -sondern auch von der Entspannungsmaschine auf den Kompressor jedes
Kreislaufes.
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Vorrichtungen dieser Art können zu zweien oder auch so miteinander
verbunden werden, daß der Kompensationsstrom zwischen den beiden Teilen des Stromkreises
die durch das Gas in den Wärmeaustauschern hervorgerufenen Druckschwankungen sowie
die etwaigen Verluste ausgleicht. Man erreicht dabei eine fast vollständige Ausschaltung
der Umformungen von Energie in Form von Gasdruck in mechanische Energie.
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Auf den Zeichnungen sind Diagramme dargestellt, welche die Vorgänge
bei der Durch-. führung des Verfahrens nach der Erfindung veranschaulichen. Auf
den Zeichnungen sind ferner Vorrichtungen zur Durchführung verschiedener Arten des
neuen Verfahrens schematisch dargestellt. Diese Vorrichtungen und Schaubilder sind
lediglich als Beispiele gewählt worden.
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Fig. i ist ein Entropiediagramm, das nebeneinander den links laufenden
Teil und den rechts laufenden Teil eines Kreisprozesses nach der Erfindung darstellt.
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Fig.2 und 3 zeigen schematisch Stromkreisanordnungen, die für die
Durchführung der im Diagramm nach Fig. i dargestellten Verhältnisse dienen.
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Fig. q. ist ein weiteres Diagramm..
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Fig. 5 stellt ein Schema des dem Diagramm nach Fig. q. ,entsprechenden
Stromkreises dar. Fig.6 und 7 zeigen weitere Entropiediagramme.
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Fig. 8 veranschaulicht :einen dem Diagramm nach Fig.7 !entsprechenden
Stromverlauf. Fig. 9 ist ein Entropiediagramm.
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Fig. io zeigt einen Stromverlauf, der insbesondere für die Ausnutzung
industrieller Gase in Betracht kommt.
Fig. i i zeigt eine als Kompressor
und als Expansionsvorrichtung verwendbare drehbare Vorrichtung, die für die Zwecke
der Erfindung besonders geeignet ist.
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Fig. i z ist ;ein schematischer Schnitt nach der Linie XII-XII in
Fig. i i.
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Fig. 13 zeigt einen der Fig. i z ähnlichen Schnitt einer Abänderungsform.
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Das Entropiediagramm nach Fig. i bezieht sich auf :eine Ausführungsform
der Erfindung, bei der die Kompressionen und Entspannungen der beiden Arbeitsreihen
adiabatisch verlaufen.
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A B C D stellt den links laufenden Teil des Kreisprozesses
dar. Dieser Teil des Arbeitsprozesses umfaßt die in den Kältemaschinen und den Wärmepumpen
vor sich gehenden Arbeitsvorgänge, d. h. die folgenden Ab-
schnitte:
A B adiabatische Kompression des Gases. B C Abkühlung bei konstantem Druck,
C D adiabatische Entspannung, D A Erwärmung auf Kosten der Umgebung,
d. h. Kälteerzeugung.
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Zur gleichen Zeit wie diese Arbeitsreihen wird eine andere Reihe umgekehrter
Arbeitsvorgänge (links laufender Teil des Kreisprozesses) in der folgenden Rangfolge
durchgeführt: A' B' adiabatische Kompression, B' C' Erwärmung bei konstantem
Druck durch eine Wärmequelle, C D' adiabatische Entspannung,
D' A' Abkühlung.
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Bei der Abwicklung der Abschnitte A B, C D ist das Gas bei der Erwärmung
D A einer Volumenvergrößerung unterworfen, die durch eine mechanisch zugeführte
Energiemenge ausgeglichen werden müßte, wenn der das Gas einschließende Stromkreis
in sich selbst geschlossen wäre. Das die Abschnitte A' B', CD' durchlaufende
Gas ist während der Abkühlung D' A' in der gleichen Weise einer Volumenverminderung
unterworfen. Nach der Erfindung wird die Volumenvergrößerung im Laufe der ersten
Reihe von Arbeitsvorgängen durch die Volumenverminderung im Laufe der zweiten Arbeitsreihe
ausgeglichen. Dies wird dadurch erreicht, daß zwischen den beiden Stromkreisen an
den Stellen A und A'
eine Verbindung hergestellt wird. Ebenso wird
durch eine Verbindung zwischen den Punkten B und B' durch die Volumenvergrößerung
auf dem Abschnitt B' C' die Volumenverminderung ausgeglichen, der das Gas des aufnehmenden
Stromes bei der Abkühlung auf dem Abschnitt B C ausgesetzt ist.
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Eine solche Vorrichtung ist in Fig. z dargestellt, w o mit i, i' Kompressoren,
mit 2,2' Expansionsmaschinen, mit 3,3' und ¢, 4.' Wärmeaustauscher bezeichnet
sind. Vor und hinter den Kompressoren i, i' sind Verbindungen 1, 6 zwischen den
beiden Stromkreisen hergestellt, um die Gasströmung zu ermöglichen, durch den die
entsprechenden Volumenänderungen während des Druckabschnittes ausgeglichen werden
sollen. Der an der Verbindungsstelle 5 vom links laufenden zum rechts laufenden
Stromkreis übergehende Gasüberschuß wird an der Verbindungsstelle 6 durch letzteren
wiedergewonnen. Auf diese Weise kreist durch die Verbindungsstellen 5 und 6 ununterbrochen
ein Kompensationsstrom oder ein Volumenaustauschstrom in gleichbleibender Richtung.
Dadurch kann die erhebliche Arbeit unterbleiben, die sonst aufgewendet werden müßte,
um die durch die au£einanderfolgenden Erwärmungen und Abkühlungen im links laufenden
Stromkreis bedingten Volumenänderungen auszugleichen.
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Obgleich in der Fig. z zwei Kompressoren, zwei Expansionsmaschinen
und vier Austauscher dargestellt sind, so können doch auch die Kompressoren, die
Expansionsvorrichtungen, die Austauscher oder, wie weiter unten noch gezeigt wird,
einzelne von ihnen miteinander verbunden werden. Die Fig.3 zeigt schematisch eine
Ausführungsform, bei der nur ein einziger Kompressor 7 verwendet wird..
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Es ist gleichfalls möglich, und zwar mit besonderem Erfolg, in dem
rechts laufenden und dem links laufenden Teil des Stromkreises verschiedene Druckunterschiede
aufrechtzuerhalten. Die Fig. q. zeigt ein der Fig. i ähnliches Entropiediagramm;
jedoch ist der Druckabstand beim rechts laufenden Teil A' B' CD' größer als
beim links laufenden Teil A B C D.
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In diesem Fall ist, wie aus Fig. 5 hervorgeht, die Verbindung zwischen
den Austauschern mit hohem Druck der beiden Stromkreise durch eine Expansionsvorrichtung
8 hergestellt, in der durch die Entspannung des vom rechts laufenden zum links laufenden
Strom übergehenden Gas, stromes die wiederverwendbare Energie gewonnen wird. Diese
Energie kann heispielsw.eise zum Ausgleich der durch die Reibungen der beweglichen
Organe bedingten Energieverluste verwendet werden.
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Die Fig.6 stellt in Form eines Entropiediagrämms :eine sehr aufschlußreiche
Ausführungsform der Erfindung dar, bei welcher der rechts laufende Teil
A' B' CD` des Arbeitsprozesses die gleichen Arbeitsvorgänge wie die vorher
genannten Ausführungsformen umfaßt. Die Kompression und die Entspannung verlaufen
adiabatisch, während der links laufende Teil A B C D j e eine in der Nähe
einer Isothermen verlaufende Kompression A B und Entspannung C D,
ümfaßt. Der Vorteil .einer solchen Anordnung ergibt sich aus den folgenden Betrachtungen:
Es ist bekannt, daß im Entropiediagramm
die im Laufe der verschiedenen
Arbeitsvorgänge mit der Umgebung ausgetauschten Wärmemengen durch die Flächen gemessen
werden, die unterhalb der entsprechenden Diagrammlinien dieser Arbeitsvorgänge liegen,
während frei gewordene oder absorbierte Energiemengen durch die Flächen dargestellt
werden, welche zwischen den Linien liegen, die jeden Gesamtvorgang abschließen.
Bei dem in Fig, i dargestellten Kreisprozeß wird die der warmen Quelle entnommene
Wärmemenge durch die Fläche gemessen, die unterhalb der Kurve B' C' liegt (d. h.
die Fläche, die durch die Kurve B' C', die beiden durch Punkte B' und
C hindurchgehenden Senkrechten und die absolute Nullinie gebildet wird),
während .die aus der Umgebung entlehnte und der Kälteerzeugung .entsprechende Wärmemenge
durch die unterhalb der Kurve D A liegende Fläche dargestellt wird. Die absorbierte
Energie ist durch die Fläche A B C D und die freigegebene Energie durch die
Fläche A' B' CD` dargestellt. Letztere muß mindestens .gleich oder in der
Regel größer sein als die Fläche A B C D, um den Verlusten Rechnung zu tragen.
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Diese letztere Bedingung (A' B' C' D' >_ A B C D) macht
@es in dem Fall der Fig. i bei den verschiedenen Arbeitsvorgängen des treibenden
Teiles des Kreisprozesses notwendig, daß die thermischen Wirkungen (gemessen an
den unter den Diagrammlinien dieser Arbeitsvorgänge liegenden Flächen) mindestens
von der gleichen Größe sind wie die dem links laufenden Teil des Kreisprozesses
entsprechenden thermischen Wirkungen. Tatsächlich haben die Quasigleichheit der
schraffierten Flächen A B C D,
A' B' C' D' und der annähernd gleiche
Wert ihrer Ordinaten einen ungefähr gleichen Wert ihrer Breiten und infolgedessen
der unter den Diagrammlinien liegenden Flächen zur Folge. Eine Wärmeeinheit vermag
daher im Höchstfalle fast eine Kälteeinheit oder fast zwei Wärmeeinheiten bei niedrigerer
Temperatur zu erzeugen.
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Dagegen sieht man in dem Fall der Fig. 6, daß die abgezogene Wärme
(Kurve B' C') gering bleiben kann, während die aus der Umgebung entnommene Wärme
(Kurve C D- und DA) und die auf eine höhere Temperaturstufe gebrachte
Wärme (Kurve AB und B C)
m einem Verhältnis zueinander stehen, das
unter der Bedingung eines ausreichend großen Druckabstandes bei einem gleichen Temperaturabstand
des links laufenden Teiles so groß wie erwünscht gemacht werden kann. Der Energieverbrauch
für jeden Teil des Kreisprozesses ist durch die entsprechende schraffierte Fläche
gekennzeichnet. Man sieht aus dem Diagramm der . Fig. 6, daß bei einem Energieverbrauch
der gleichen Größenordnung, wie beispielsweise in dem Fall der Fig. i, der links
laufende Teil des Kreisprozesses erheblich größere thermische Wirkungen auslöst.
Infolgedessen können aus einer Wärmeeinheit n Kälteeinheiten oder n Wärmeeinheiten
gewonnen werden, wobei der Wert von n von dem Verhältnis der Temperaturunterschiede
abhängt.
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In Wirklichkeit bietet die Durchführung von isothermen Kompressionen
und Entspannungen sowie die Ausnutzung der während der Kompressionen frei gewordenen
Wärme große Schwierigkeiten. Man zieht es vor, an deren Stelle eine Aufeinanderfolge
von abgestuften Kompressionen und Entspannungen zu setzen. Die einzelnen Stufen
sind dabei durch Wärmeaustauschvorgänge mit konstantem Druck voneinander getrennt.
Die Fig. 7 stellt in einem Entropiediagramm einen Kreisprozeß nach der Erfindung
dar, dessen links laufender Teil zwei Stufen mit den folgenden Arbeitsvorgängen
umfaßt : A B
adiabatische Kompression, B C Wärmeabgabe, C D zweite adiabatische
Kompression, D E zweite Wärmeabgabe, E F adiabatische Entspannung, F GI Kälteerzeugung,
C'rH zweite adiabatische Entspannung, H A zweite Kälteerzeugung.
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Die Zahl der Stufen kann ohne Schwierigkeiten beliebig vermehrt werden.
Man kann ohne Rücksicht auf die Zahl der Stufen dann in der Weise vorgehen, daß
die Volumenänderung bei einem Wärmeaustausch stets durch eine umgekehrte Volumenänderung
bei einem anderen Wärmeaustausch ausgeglichen wird. Die Volumenänderung bei der
Abkühlung B C kann beispielsweise durch eine Volumenänderung im umgekehrten Sinne
bei der Erwärmung F ('s ausgeglichen werden. Auf diese Weise gleichen sich die Volumenänderungen
in umgekehrter Richtung während der aufeinanderfolgenden Stufen des links laufenden
Teiles gegenseitig bis auf die letzte, d. h. die Stufe des höchsten Druckes, aus.
Diese allein muß durch eine Zufuhr von außen, bedingt durch die Erwärmung B' C',
ausgeglichen werden.
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Die Fig.8 zeigt schematisch eine Anordnung von Vorrichtungen, die
zur Durchführung des Arbeitsprozesses nach Fig.7 verwendet werden können. Während
der rechts laufende Stromkreis die gleichen Elemente wie die Anlage nach Fig. z
umfaßt, besteht der links laufende Stromkreis aus zwei Kompressorstufen i, i i und
zwei Entspannungsstufen z, 1z sowie aus dazwischengeschalteten Austauschern 13,
1q.. Ebenso wie vorher sind die Verbindungen, welche das Kreisen des Volumenaustauschstromes
zwischen den Strömen mit gleichem Druck ermöglichen, mit
5 und 6
bezeichnet. Eine zusätzliche Verbindung in dem links laufenden Stromkreis ist bei
15 vorgesehen, damit die Volumenänderung des Gases in den Austauschern i3, i q.
ausgeglichen werden kann. In den Fällen, in denen eine größere Anzahl von Stufen
verwendet wird, ist zwischen den beiden Austauschern mit dem gleichen Druck einer
jeden Stufe eine Verbindung 15 vorgesehen. Das ergibt die Möglichkeit einer Verringerung
des Austausches des Gasvolumens mit dem rechts laufenden Strom auf das für die letzte
Druckstufe notwendige Maß.
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Wie weiter oben ausgeführt worden ist, können in manchen Anwendungsfällen
für den Kreisprozeß nach der Erfindung unmittelbar industrielle Gase in dem rechts
laufenden Stromkreis und atmosphärische Luft in dem links laufenden Stromkreis vetwendet
werden. Auf diese Weise kann die Verwendung von mehreren Wärmeaustauschern vermieden
werden. Die Fig. 9 zeigt ein der Fig. i ähnliches Entropiediagramm, in dem jedoch
die obere Isobare diejenige des atmosphärischen Druckes ist. Das gibt die Möglichkeit
der unmittelbaren Behandlung eines heißen Gases, wie z. B. des aus einer Verbrennung
stammenden Gases. Die Ausgangsstelle für den rechts laufenden Teil des Kreisprozesses
liegt dann bei A'. Von dieser Stelle aus wird das beispielsweise aus einem Kamin
entnommene heiße Gas bis zu dem Punkt B' entspannt, bis zu dem Punkt C gekühlt,
sodann komprimiert und schließlich bei IY in die Atmosphäre freigegeben. Der links
laufende Teil des Kreisprozesses umfaßt eine Entnahme von atmosphärischer Luft bei
A, eine Entspannung A B, eine Erwärmung B C
mit Wärmeaufnahme aus der
Umgebung und schließlich eine Kompression CD, mit einer Rückführung von Luft
in die Atmosphäre bei D. Das Luftvolumen ist von A bis C vergrößert worden,
während das Gasvolumen von A' bis C verringert worden ist. Die Stellen C
und C können (Fig. i o) durch eine Leitung i o miteinander verbunden werden.
Diese Leitung wird von einem Strom durchflossen, der ständig vom links laufenden
Strom zum rechts laufenden Strom hin gerichtet ist.
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Diese Verbindung gibt mit Vorteil die Möglichkeit einer unmittelbaren
Verwendung von verbrannten Gasen. Daneben wird dem Kompensationsstrom eine Richtung
gesichert, in der eine Verdünnung der verbrannten Gase eintritt; jedoch bleibt das
Gas des links laufenden Teiles unversehrt.
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Der Kreisprozeß nach Fig.9 kann ebenso wie die Kreisprozesse nach
den vorher behandelten Diagrammen in der weiter oben angegebenen Weise in Stufen
und mit allen geeigneten Vorrichtungen, Kompressoren und Expansionsvorrichtungen
durchgeführt werden.
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Es ist indessen vorteilhaft, bei der Durchführung der Kreisprozesse
nach der Erfindung für die Entspannungen und die Kompressionen drehbare Vorrichtungen
zu verwenden, in denen diese Vorgänge durch Wechselwirkung der Gase im Entspamnungs-und
im Kompressionsabschnitt ohne Zwischenschaltung von Wänden durchgeführt werden.
Der Vorteil dieser Vorrichtungen ist im wesentlichen darin begründet, daß ihre Verwendung
eine Etappe mehr bei der Vermeidung von Energieübertragungen in rein mechanischer
Form darstellt. Tatsächlich ist die Energieübertragung vom rechts laufenden Strom
auf den links laufenden Strom bereits durch die Vereinigung der Ströme im Sinne
der Erfindung vermieden. Die Verwendung der genannten Vorrichtungen ergibt außerdem
die Möglichkeit der Vermeidung der Energieübertragung von der Expansionsvorrichtung
zum Kompressor eines jeden Stromkreises.
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Die Vorrichtungen dieser Art bestehen im allgemeinen aus einem Rotor,
der mit einem Kranz von Kammern 16 versehen ist (Fig. i i). Diese Kammern
sind durch radiale Wände 1T voneinander getrennt und gegenüber einem Mantel 18
relativ bewegbar. Im Laufe einer Umdrehung durchquert jede Kammer nacheinander eine
Zone A B, wo das Gas, das die Kammer enthält, komprimiert und erwärmt wird,
- und eine Zone B C, wo das komprimierte und heiße Gas in einen Wärmeaustausch-er
3 geleitet und" durch das aus dem Austauscher 3 austretende Gas mit dem gleichen
Druck, jedoch in abgekühltem Zustand, ersetzt wird. Sodann durchquert diese Kammer
eine Zone C D, wo das kalte Gas entspannt und Zweiter abgekühlt wird, und
schließlich :eine Zone D@ A, wo das entspannte Gas in einen Wärmeaustauscher
q. gelangt. In diesem Austauscher erwärmt sich das Gas beispielsweise auf Kosten
der umgebenden Luft; es wird dann durch das aus dem Austauscher q. austretende heißere
Gas mit dem gleichen niedrigen Druck ersetzt.
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Diese Vorrichtungen sind so eingerichtet, daß sich das komprimierte
Gas durch unmittelbare Einwirkung entspannen kann, um das zu behandelnde Gas zu
verlegen und zu komprimieren, ohne daß dazu mechanische Organe notwendig wäre.
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Zu diesem Zweck werden durch eine Steuerung in Form von Kanälen i
9 nacheinander die Kammern, welche das den Bogen C D durcheilende und zu entspannende
Gas enthalten, mit denjenigen Kammern in Verbindung gesetzt, die das den Bogen
A B durchströmende,
zu behandelnde Gas enthalten, so daß
sich zwischen «den beiden Reihen von Räumen, sofern sie unter ungefähr gleichem
Druck stehen, ein gasförmiger Strom bildet, der die allmähliche Verringerung des
Druckes von C. bis D sowie das allmähliche Ansteigen des Druckes von A bis
B sichert. Der auf diese Weise ausgetauschte Strom -wird derart gehalten
und geführt, daß @er sich wie .eine gasförmige Wand zwischen die beiden Gasarten
einschiebt.
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Das Fließen des Stromes vom Expansionsteil zum Kompressionsteil. würde
selbst bei Verwendung vollkommen arbeitender Vorrichtungen zur Durchführung der
Kompression infolge der Volumenänderungen unzureichend sein, -die durch das Gas
in den Wärmeäustauschern bedingt sind. Die Vervollständigung -ergibt sich durch
einen mit dem Rotor der Vorrichtung verbundenen Kompressor. Dadurch können die Volumina
der Rotorräume während der Abschnitte des konstanten Druckes veränderlich ,gehalten
veerden-Die vorliegende Erfindung gibt also das Mittel, die Notwendigkeit der Erzeugung
von mechanischer Energie zum Zwecke des Ausgleiches der Änderungen von Gasvoluminas
auszuschalten. Wenn man. nämlich in der soeben beschriebenen Vorrichtung, die Arbeitsfolge
des links laufenden Teiles des Stromkreises und in einer ähnlichen Vorrichtung die
den rechts laufenden Teil des Stromkreises bildenden Vorgänge durchführt, so genügt
ies, zur selbsttätigen Hervorrufung eines gasförmigen Kompensationsstromes die unter
konstantem Druck stehenden Austauschen oder Leitungen an solchen Stellen der Stromkreise,
in deren sich die die umgekehrt gerichteten Volumenänderungen hervorrufenden thermischen
Arbeitsgänge abspielen, zu verbinden, wo sich die Drücke und Temperaturen nahekommen.
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Die Fig. 12 zeigt bei 5 und 6 eine derartige Verbindung zwischen zwei
Vorrichtungen, wie sie ähnlich auch in der Fig: i i dargestellt sind. Die Fig. 12
ist jedoch schematisch im Diametralschnitt gezeigt. Diese als Beispiele dargestellten
Vorrichtungen gehören der Gattung an, bei der die Gasströme in den Kammern parallel
zur Drehachse kreisen. Die Erfindung kann jedoch auch bei anderen Arten von Vorrichtungen
verwendet werden.
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Aus Gründen der Vereinfachung kömien die beiden Vorrichtungen in einem
einzigen Rotor mit doppeltem Kammernkranz vereinigt werden (Fig. 13). Der vollständige
o Kreisprozeß wird dann mittels einer einzigen drehbaren Vorrichtung söivie mit
Wärmeaustauschern durchgeführt.
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,Obgleich die genannte drehbare Vorrichtung insbesondere für die wirtschaftliche
Durchführung des Kreisprozesses nach der Erfindung verwendbar ist, so können doch
auch alle geeigneten Kompressoren und Expansionsvorrichtungen verwendet werden.
Die Durchführung der Erfindung in ihrer einen oder anderen Erscheinungsform ist
unabhängig von der Wahl der für die Abwicklung der den Kreisprozeß bildenden Arbeitsvorgänge
verwendeten Vorrichtungen.