EP0252137A1 - Installation for harnessing thermal energy. - Google Patents

Installation for harnessing thermal energy.

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EP0252137A1
EP0252137A1 EP87900725A EP87900725A EP0252137A1 EP 0252137 A1 EP0252137 A1 EP 0252137A1 EP 87900725 A EP87900725 A EP 87900725A EP 87900725 A EP87900725 A EP 87900725A EP 0252137 A1 EP0252137 A1 EP 0252137A1
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units
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    • F25B9/14Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
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Abstract

Dans une installation pour la mise en valeur de l'énergie thermique, un fluide de travail est expulsé d'une première chambre de travail pendant la première partie d'un cycle de travail et poussé dans une deuxième chambre de travail où règne une température supérieure à celle de la première, puis repoussé pendant une deuxième partie du cycle de travail de la deuxième à la première chambre. De l'énergie thermique est fournie au fluide de travail pendant son passage de la première à la deuxième chambre et enlevée pendant son passage de la deuxième à la première chambre. Les chambres sont formées par les chambres de travail à volume variable d'unités de moteurs à piston déphasés (10, 12, 14, 16) couplés l'un à l'autre et reliés par des conduites de fluide (18, 20, 22, 24) de sorte que le fluide de travail soit expulsé d'une chambre de travail qui se rétrécit et qui a une température relativement élevée pour être poussé par une première conduite dans une chambre de travail à basse température qui se dilate, et qu'en même temps du fluide de travail soit expulsé d'une chambre de travail à basse température qui se rétrécit pour être poussé par une deuxième conduite dans une chambre de travail à plus haute température qui se dilate. Les unités de moteurs à piston travaillent dans leur ensemble à un niveau déterminé de température, de sorte que l'on peut éviter ainsi tout problème d'isolation thermique.In an installation for the development of thermal energy, a working fluid is expelled from a first working chamber during the first part of a working cycle and pushed into a second working chamber where a higher temperature prevails to that of the first, then pushed back during a second part of the work cycle from the second to the first chamber. Thermal energy is supplied to the working fluid during its passage from the first to the second chambers and removed during its passage from the second to the first chambers. The chambers are formed by the variable-volume working chambers of phase-shifted piston motor units (10, 12, 14, 16) coupled to each other and connected by fluid lines (18, 20, 22 , 24) so that the working fluid is expelled from a working chamber which narrows and which has a relatively high temperature to be pushed through a first conduit into a working chamber at low temperature which expands, and that at the same time working fluid is expelled from a narrowing low temperature working chamber to be pushed through a second conduit into an expanding higher temperature working chamber. The piston engine units work as a whole at a specific temperature level, so that any thermal insulation problems can be avoided.

Description

Einrichtung zum Nutzbarmachen von Wärmeenergie Device for harnessing thermal energy
In der älteren deutschen Patentanmeldung P 35 36 710.5 ist eine als Wärmewandler arbeitende Einrichtung zum Nutzbarmachen von Wärmeenergie vorgeschlagen worden, die ein in im wesentlichen zylindrisches Gehäuse aufweist, das drei auf verschiedenen Temperaturen liegende Räume ent¬ hält.' Im Gehäuse sind zwei Verdränger-Regeneratoren angeordnet, die durch ein Getriebe alternierend oder phasenverschoben derart bewegt werden, daß mit zyklischer Wiederholung a) gasförmiges Arbeitsfluid, wie Helium, durch den ersten Verdränger aus dem mittleren Arbeitsraum, der sich auf einer Temperatur in einem vorgegebenen, mittleren Temperaturbereich befindet, in einen "heißen" Arbeitsraum übergeführt wird, der sich auf einer Temperatur in einem höheren Temperaturbereich als der erste befindet, wobei dem übergeführten Gas Wärmeenergie zugeführt wird, b) Arbeitsfluid durch den zweiten Verdränger-Regenerator aus dem mitt¬ leren Arbeitsraum in einen "kalten" Arbeitsraum übergeführt wird, der sich auf einer Temperatur in einem relativ niedrigen Temperatur¬ bereich befindet, welcher tiefer liegt als der erste., wobei dem übergeführten Arbeitsfluid Wärmeenergie entzogen wird, c) Arbeitsfluid durch den ersten Verdränger-Regenerator aus dem heißen Arbeitsraum in den mittleren Arbeitsraum übergeführt wird, wobei dem übergeführten Arbeitsfluid Wärmeenergie entzogen wird, d) Arbeitsfluid durch den zweiten Verdränger aus dem kalten Arbeitsraum in den mittleren Arbeitsraum übergeführt wird, wobei dem übergeführ¬ ten Arbeitsfluid Wärmeenergie zugeführt wird, und e) Arbeitsfluid durch den ersten und den zweiten Verdränger-Regenerator aus dem heißen in den kalten Arbeitsraum übergeführt und dem Arbeitsfluid dabei Wärmeenergie entzogen wird.In the older German patent application P 35 36 710.5, a device working as a heat converter for utilizing thermal energy has been proposed, which has an essentially cylindrical housing which contains three rooms at different temperatures. ' In the housing two displacement regenerators are arranged, which are moved alternately or out of phase by a gear such that with cyclic repetition a) gaseous working fluid, such as helium, by the first displacer from the middle working space, which is at a temperature in a predetermined , middle temperature range, is transferred into a "hot" working space, which is at a temperature in a higher temperature range than the first, whereby the transferred gas is supplied with thermal energy, b) working fluid through the second displacement regenerator from the middle Working space is transferred into a "cold" working space, which is at a temperature in a relatively low temperature range, which is lower than the first, whereby thermal energy is extracted from the transferred working fluid, c) working fluid through the first displacement regenerator the hot workspace in the middle is transferred to the working space, thermal energy being extracted from the transferred working fluid, d) working fluid is transferred from the cold working space to the central working space by the second displacer, thermal energy being supplied to the transferred working fluid, and e) Working fluid is transferred from the hot to the cold working space by the first and the second displacer regenerator, and thermal energy is removed from the working fluid.
Nachteilig an dem vorgeschlagenen Wärmewandler ist, daß sich die auf verschiedenen Temperaturen liegenden Arbeitsräume in einem gemeinsamen Gehäuse befinden und daher nur unvollkommen thermisch voneinander iso¬ liert werden können, was Wärmeverluste und damit eine Verringerung des Wirkungsgrades zur Folge hat.A disadvantage of the proposed heat converter is that the working spaces located at different temperatures are located in a common housing and can therefore only be incompletely thermally insulated from one another, which results in heat losses and thus a reduction in efficiency.
Aus der DE-A-32 37841 ist eine thermisch betriebene Wärmepumpe bekannt, die aus zwei identischen Aggregaten mit je einem Hoch- und Niedertemperatui—Arbeitszylinder mit entsprechenden Verdrängerkolben besteht, deren periodische Hubbewegung um 90 gegeneinander phasenver¬ schoben ist, während sich die Phasen der entsprechenden Verdrängerkol¬ ben in beiden Aggretaten um 180 voneinander unterscheiden. Beide Ag¬ gregate schließen je ein nach außen hermetisch abgeschlossenes konstan¬ tes Volumen ein, das mit Druckgas gefüllt ist, und beiden Hochtempera¬ turzylindern wird Wärme bei einer reltiv hohen Temperatur, den Nieder¬ temperaturzylindern eine viel größere Wärme bei niedriger Temperatur zugeführt und die Abwärmen aller vier Zylinder wird als Nutzwärme ent¬ nommen. Für die Hochtemperaturzylinder ist ein Gegenstromwärmetauscher vorgesehen, dessen beiden Rohrsysteme die oberen mit den unteren Arbeitsräumen verbinden. Die von den Verdrängern abgetrennten Arbeits¬ räume der beiden Niedertemperaturzylinder sind durch die getrennten Rohrsysteme eines zweiten Wärmetauschers miteinander verbunden. Auch hier muß jedoch eine Temperaturdifferenz längs der Zylinder aufrechter¬ halten werden, so daß auch hier Probleme bezüglich der thermischen Iso¬ lierung auftreten.From DE-A-32 37841 a thermally operated heat pump is known which consists of two identical units, each with a high and low temperature working cylinder with corresponding displacement pistons, the periodic stroke movement of which is phase shifted by 90 while the phases of the distinguish the corresponding displacement piston in both agglomerates from each other by 180. Both units each include an externally hermetically sealed constant volume which is filled with compressed gas, and both high-temperature cylinders are supplied with heat at a relatively high temperature, the low-temperature cylinders with a much greater heat at low temperature, and the Waste heat from all four cylinders is removed as useful heat. A countercurrent heat exchanger is provided for the high-temperature cylinders, the two pipe systems of which connect the upper to the lower work rooms. The work rooms of the two low-temperature cylinders which are separated from the displacers are connected to one another by the separate pipe systems of a second heat exchanger. Here too, however, a temperature difference along the cylinders must be maintained, so that problems relating to the thermal insulation also occur here.
Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung des oben angegebenen generellen Typs zu schaffen, bei der keine Probleme bezüglich der thermischen Isolierung der verschiede¬ nen Arbeitsräume bestehen.The present invention is accordingly based on the object of creating a device of the general type specified above, in which there are no problems with regard to the thermal insulation of the various work spaces.
Die vorliegende Erfindung geht also von einem Wärmewandler aus, bei welchem in einem ersten Teil eines Arbeitszyklus ein Wärmeträgerfluid aus einem ersten Raum in einen zweiten Raum, in dem eine höhere Tempe- ratur herrscht als im ersten, verdrängt wird und das Arbeitsfluid in einem zweiten Teil des Arbeitszyklus wieder vom zweiten Raum zurück in den ersten verdrängt wird, wobei dem Arbeitsfluid beim Übergang vom ersten in den zweiten Raum Wärmeenergie zugeführt und beim Übergang vom zweiten in den ersten Raum Wärmeenergie entzogen wird. Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind jeweils zwei auf der höheren Temperatur liegende erste Arbeitsräume und zwei auf der niedrigeren Temperatur liegende zweite Arbeitsräume vorgesehen, die durch ent¬ sprechende volumenveränderliche Arbeitsräume von miteinander gekoppel¬ ten, phasenverschoben arbeitenden Kolbenmaschineneinheiten gebildet werden. Die Arbeitsräume der Kolbenmaschineneinheiten sind durch Fluid- leitungen jeweils derart miteinander verbunden, daß das Arbeitsfluid aus .einem sich verkleinernden Arbeitsraum relativ hoher Temperatur einer ersten Kolbenmaschineneinheit durch eine erste Rohrleitung in einen sich vergrößernden Arbeitsraum relativ niedriger Temperatur einer zweiten Kolbenmaschineneinheit verdrängt wird und gleichzeitig Arbeits¬ fluid aus einem sich verkleinernden Arbeitsraum niedriger Temperatur durch eine zweite Fluidleitung in einen sich vergrößernden Arbeitsraum höherer Temperatur verdrängt wird und daß die beiden Fluidleitungen durch einen Wärmetauscher thermisch gekoppelt sind. Diese Einrichtung arbeitet im wesentlichen mit dem vorgeschlagenen zyklischen Prozeß. Die Kolbenmaschineneinheiten weisen erfindungsgemäß jeweils ein Gehäuse auf, das überall im wesentlichen auf dem gleichen Temperaturniveau arbeitet und einen Dreh- oder Hubkolben enthält, welcher mit dem Gehäuse mindestens zwei Arbeitsräume bildet, in denen im wesentlichen gleiche Temperaturen herrschen.The present invention is therefore based on a heat converter in which, in a first part of a work cycle, a heat transfer fluid from a first room into a second room in which a higher temperature prevails than in the first, is displaced and the working fluid is displaced from the second room back to the first in a second part of the working cycle, the working fluid being supplied with thermal energy during the transition from the first to the second room and during the transition from the second to the first room Heat energy is withdrawn. In one embodiment of the invention, two first work spaces located at the higher temperature and two second work spaces located at the lower temperature are provided, which are formed by corresponding volume-variable work spaces of coupled, phase-shifted piston machine units. The working spaces of the piston machine units are each connected to one another by fluid lines in such a way that the working fluid is displaced from a reducing working space of a relatively high temperature of a first piston machine unit through a first pipeline into an increasing working space of a relatively low temperature of a second piston machine unit and at the same time working fluid is displaced from a reducing working space of low temperature through a second fluid line into an increasing working space of higher temperature and that the two fluid lines are thermally coupled by a heat exchanger. This device essentially works with the proposed cyclical process. According to the invention, the piston machine units each have a housing which operates essentially at the same temperature level and contains a rotary or reciprocating piston which forms at least two working spaces with the housing and in which the temperatures are essentially the same.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung enthalten vier synchron ar¬ beitende Kolbenmaschineneinheiten, von denen eine auf der hohen Tempe¬ ratur und eine auf der relativ niedrigen Temperatur und zwei auf der mittleren Temperatur arbeiten. Mit der Erfindung lassen sich Einrich¬ tungen realisieren, die als Wärmepumpe und/oder Wärmetransformator ar¬ beiten und gegebenenfalls auch mechanische Arbeit liefern und/oder auf¬ nehmen.Preferred embodiments of the invention contain four synchronously operating piston machine units, one of which operates at the high temperature and one at the relatively low temperature and two at the medium temperature. The invention makes it possible to implement devices which work as a heat pump and / or heat transformer and, if appropriate, also supply and / or take up mechanical work.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, dabei werden noch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung zur Sprache kommen.In the following, embodiments of the invention are described with reference explained in more detail on the drawings, other features and advantages of the invention will be discussed.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 bestehend aus Fig. 1A bis 1H schematische Darstellungen von acht Arbeitsphasen einer ersten Ausführungsform der Erfindung in Form eines Drehkolben-Wärmewandlers, welche mit vier mechanisch und thermisch gekoppelten thermodyna ischen Gas-Kreisprozessen arbeitet;Fig. 1 consisting of Figures 1A to 1H schematic representations of eight working phases of a first embodiment of the invention in the form of a rotary lobe heat converter, which works with four mechanically and thermally coupled thermodynamic gas cycle processes.
Fig. 2 schematische Darstellungen einiger entsprechender Arbeitsphasen des erwähnten, vorgeschlagenen Wärmewandlers,2 shows schematic representations of some corresponding working phases of the proposed heat converter mentioned,
Fig. 3 und 4 ein Druck-Zeit-Diagramm bzw. ein Volumen-Zeit-Diagramm, auf die bei der Erläuterung der Arbeitsweise des Wärmewandlers gemäß Fig. 1 Bezug genommen wird;3 and 4 are a pressure-time diagram and a volume-time diagram, respectively, to which reference is made in the explanation of the mode of operation of the heat converter according to FIG. 1;
Fig. 5 bestehend aus Fig. 5A bis 5D Darstellungen entsprechend Fig. 1A, 1C, 1E bzw. 1G einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;5 consisting of FIGS. 5A to 5D representations corresponding to FIGS. 1A, 1C, 1E and 1G of a second embodiment of the invention;
Fig. 6 bestehend aus Fig. 6A bis 6H schematische Darstellungen entspre¬ chend Fig. 5A bis 5D einer dritten Ausführungsform der Erfindung;6 consisting of FIGS. 6A to 6H are schematic representations corresponding to FIGS. 5A to 5D of a third embodiment of the invention;
Fig. 7 bestehend aus Fig. 7A bis 7H Darstellungen einer als Motor verwendbaren Ausführungsform der Erfindung in verschiedenen Betriebszuständen entsprechend Fig. 5A bis 5D;7 consisting of FIGS. 7A to 7H representations of an embodiment of the invention which can be used as a motor in different operating states corresponding to FIGS. 5A to 5D;
Fig. 8 eine graphische Darstellung der Volumina, die die bei derFig. 8 is a graphical representation of the volumes that in the
Beschreibung der Fig. 7 erwähnten Arbeitsgasmassen (bl), (or), (ge), (ro), (br) bzw. (gr. während eines Rotorumlaufes einneh¬ men;Description of the Fig. 7 mentioned working gas masses (bl), (or), (ge), (ro), (br) or (gr. Einneh¬ men during a rotor revolution;
Fig. 9 und 10 ein Druck- Volumen- (P-V-) Diagramm bzw. Temperatur-En¬ tropie- (T-S-) Diagramm für den in der Einrichtung gemäß Fig. 7 ablaufenden thermodynamischen Prozeß; Fig. 11 bestehend aus Fig. 11a bis 11h schematische Darstellungen von Arbeitsphasen einer bevorzugten, mit Hubkolbeneinheiten arbei¬ tenden Ausführungsform der Erfindung;9 and 10 a pressure-volume (PV) diagram or temperature entropy (TS) diagram for the thermodynamic process taking place in the device according to FIG. 7; 11 consisting of FIGS. 11a to 11h show schematic representations of working phases of a preferred embodiment of the invention working with reciprocating piston units;
Fig. 12 ein Diagramm des Druckes, der in einem von zwei getrennten Ar- beitsfluidsystemen der Einrichtung gem. Fig. 11 herrscht, in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel;FIG. 12 shows a diagram of the pressure which in one of two separate working fluid systems of the device according to FIG. 11, depending on the crankshaft angle;
Fig. 13 einen Teil einer Antriebsvorrichtung für die Einrichtung gem. Fig. 11, und13 shows a part of a drive device for the device according to FIG. Fig. 11, and
Fig. 14 bestehend aus Fig. 14A bis 14C eine vereinfachte Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, die als Motor verwendet werden kann.14 consisting of FIGS. 14A to 14C is a simplified illustration of an embodiment of the invention that can be used as a motor.
Bei der Realisierung der Erfindung können sowohl Hubkolbenmaschinen- einheiten mit einem in einem Zylinder dicht und verschiebbar gelagerten Hubkolben als auch irgendwelche bekannten Verdränger-Drehkolbenma- schinenkonstruktionen (worunter auch Drehschieber-Maschinen verstanden werden sollen) verwendet werden, wie sie in mannigfacher Form als Pum¬ pen, Verdichter usw. im Gebrauch sind. Auf die mechanische Konstruktion wird daher nur so weit eingegangen, als es für die vorliegende Erfindung von Bedeutung ist. Erwähnt sei jedoch, daß in den Kol¬ benmaschineneinheiten, die in den Einrichtungen gemäß der Erfindung verwendet werden und die im Prinzip jeweils einen Teil der Funktion eines Verdrängers übernehmen, im allgemeinen keine nennenswerte mecha¬ nische Verdichtung des Arbeitsfluids und keine nennenswerte Expansion des Arbeitsfluids, die äußere Arbeit leistet, stattfindet. An den Kol¬ ben treten jedoch Druckdifferenzen auf, so daß der Kolben bezüglich des zugehörigen Zylinders oder Gehäuses durch Kolbenringe, Dichtleisten und dergleichen abgedichtet sein muß. Die Kräfte, die auf einen Kolben wegen des Druckunterschiedes wirken, können jedoch dadurch einfach kompensiert werden, daß man jeweils die Kolben zweier synchron arbeitender Einheiten mechanisch miteinander koppelt.In the implementation of the invention, both reciprocating piston machine units with a reciprocating piston mounted tightly and displaceably in a cylinder as well as any known displacer rotary piston machine constructions (which are also to be understood as rotary vane machines) can be used, as they are in manifold forms as pumps pen, compressor, etc. are in use. The mechanical construction is therefore only discussed to the extent that it is important for the present invention. However, it should be mentioned that in the piston machine units which are used in the devices according to the invention and which in principle each take on part of the function of a displacer, there is generally no significant mechanical compression of the working fluid and no significant expansion of the working fluid. the outside work is taking place. However, pressure differences occur at the pistons, so that the piston must be sealed with respect to the associated cylinder or housing by piston rings, sealing strips and the like. The forces acting on a piston due to the pressure difference can, however, be easily compensated for by mechanically coupling the pistons of two synchronously operating units.
Eine für die Realisierung der Erfindung gut geeignete Konstruktion einer Drehkolbenmaschine, die in Fig. 1 stark vereinfacht dargestellt ist, enthält ein Gehäuse mit einer zylindrischen Innenwand, die eine Rotorkammer bildet, in der ein Rotor mit zylindrischer Außenseite ko¬ axial angeordnet ist, die mit der Gehäuseinnenwand einen Zwischenraum bildet. Der Zwischenraum hat im wesentlichen konstante radiale Abmes¬ sungen. Die Rotoren haben Schieber oder "Messer", welche z. B. jeweils aus einem leistenartigen Vorsprung der Rotoraußenseite bestehen können, welcher mit dem Rotor verbunden ist, mit seiner Längsrichtung axial verläuft und sich radial zur Gehäuseinπenwand erstreckt, bezüglich der durch Dichtleisten oder dergl. abgedichtet ist. Die erforderliche, bezüglich des Gehäuses stationäre Abdichtung zwischen Rotor und Gehäuse kann dann aus einem Abdichtschieber bestehen, der radial verschiebbar in der Gehäuseinnenwand gelagert ist, abdichtend an der zylindrischen Außenseite des Rotors anliegt und durch eine abgeschrägte Kante des leistenartigen Vorsprungs in eine im wesentlichen mit der Gehäuseinnen¬ wand fluchtende Stellung gedrückt wird, wenn der leistenartige Vorsprung an dieser Abdichtung vorbei läuft. Wie anhand von Fig. 6 noch erläutert wird, können jedoch auch Drehkolbenmaschinenkonstruktionen verwendet werden, die einen im Querschnitt nicht kreisförmigen Drehkolben enthalten. A construction of a rotary piston machine which is well suited for realizing the invention and which is shown in a highly simplified manner in FIG. 1 contains a housing with a cylindrical inner wall, the one Forms a rotor chamber in which a rotor with a cylindrical outside is arranged coaxially, which forms an intermediate space with the inner wall of the housing. The space has essentially constant radial dimensions. The rotors have sliders or "knives" which, for. B. each consist of a strip-like projection of the rotor outside, which is connected to the rotor, extends axially with its longitudinal direction and extends radially to the housing inner wall, with respect to which is sealed by sealing strips or the like. The required, with respect to the housing, stationary seal between the rotor and the housing can then consist of a sealing slide which is mounted in a radially displaceable manner in the inner wall of the housing, sealingly rests on the cylindrical outside of the rotor and, by means of a bevelled edge of the strip-like projection, essentially corresponds to the Housing inner wall aligned position is pressed when the strip-like projection runs past this seal. As will be explained with reference to FIG. 6, however, rotary piston machine constructions can also be used which contain a rotary piston which is not circular in cross section.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Ausführungsform der Erfindung kann als Drehkolben-Wärmewandler bezeichnet werden und enthält vier Drehkolbenmaschineneinheiten (10), (12), (14) und (16). Die EinheitThe embodiment of the invention shown schematically in FIG. 1 can be referred to as a rotary piston heat converter and contains four rotary piston machine units (10), (12), (14) and ( 16 ) . The unit
(10) arbeitet bei einer typischen Wärmepumpenbetriebsart der Einrichtung in einem relativ hohen Temperaturbereich (H), die Einheit (16) in einem relativ niedrigen Temperaturbereich (L) und die Einheiten(10) operates in a typical heat pump mode of the device in a relatively high temperature range (H), the unit (16) in a relatively low temperature range (L) and the units
(12) und (14) in einem zwischen diesen liegenden mittleren Temperaturbereich (M) . Die Drehkolbenmaschineneinheiten können jeweils getrennte, im wesentlichen zylindrische Gehäuse enthalten, die außen mit Rippen oder dergleichen und/oder innen mit Wärmetauscherkanälen versehen sein können, um eine große Wärmeübergangsfläche zu bilden und einen guten Wärmeübergang mit einem entsprechenden äußeren Wärmeträger- fluid zu gewährleisten. Die Gehäuse enthalten jeweils eine Rotorkammer mit einem Rotor. Die Rotoren der Einheiten (10) bis (16) können auf einer gemeinsamen Welle sitzen oder auf andere Weise synchron angetrieben werden. Die Einheiten (10) und (16) sind thermisch möglichst weitgehend gegen die Einheiten (12) und (14) isoliert. Die Einheiten (12) und (14) können in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht werden, wenn sie auf der gleichen Temperatur arbeiten, die Arbeitsräume (Rotorkammern) der beiden Einheiten sind jedoch auch in diesem Fall getrennt.(12) and (14) in an intermediate temperature range (M) between them. The rotary lobe machine units can each contain separate, essentially cylindrical housings which can be provided on the outside with ribs or the like and / or on the inside with heat exchanger channels in order to form a large heat transfer area and to ensure good heat transfer with a corresponding external heat transfer fluid. The housings each contain a rotor chamber with a rotor. The rotors of the units (10) to (16) can sit on a common shaft or can be driven synchronously in another way. The units (10) and (16) are thermally insulated as far as possible from the units (12) and (14). The units (12) and (14) can be accommodated in a common housing if they work at the same temperature, but the working spaces (rotor chambers) of the two units are also separate in this case.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 hat jede Einheit einen Rotor mit zwei durch einen radialen Strich dargestellten diametral angeordneten Schiebern oder Messern (13) und eine durch einen schwarzen Keil angedeutete, an der Gehäuseinnenwand angebrachte stationäre AbdichtungIn the embodiment according to FIG. 1, each unit has a rotor with two diametrically arranged sliders or knives (13) represented by a radial line and a stationary seal, indicated by a black wedge, attached to the inner wall of the housing
(11) zwischen Gehäuseinnenwand und Rotoraußenfläche. ( 11) between the inner wall of the housing and the outer surface of the rotor.
Jede Drehkolben aschineneinheit hat drei Anschlüsse für entsprechende, ein gasförmiges Arbeitsfluid führende Kanäle oder Rohrleitungen und zwar einen Anschluß (10a), (12a), (14a) bzw. (16a), der sich diametral gegenüber der jeweiligen stationären Abdichtung befindet, ferner jeweils einen Anschluß (10b), (12b), (14b) bzw. (16b), der sich bei Drehung der Rotoren in Uhrzeigerrichtung unmittelbar vor der AbdichtungEach rotary piston machine unit has three connections for corresponding channels or pipelines carrying a gaseous working fluid, namely a connection (10a), (12a), (14a) or (16a), which is diametrically opposite the respective stationary seal, and one each Connection (10b), (12b), (14b) or (16b), which is in rotation of the rotors clockwise immediately before the seal
(13) befindet, und schließlich einen Anschluß (10c), (12c), (14c) bzw. (16c), der sich in Drehrichtung unmittelbar hinter der Abdichtung (13) befindet. Die Schieber oder Messer (11) der Rotoren sind bezüglich der der stationären Abdichtung (13) benachbarten Öffnungen, z. B. (10b), (10c) so bemessen, daß sie diese Öffnungen beim überstreichen beide gleichzeitig verschließen.(13), and finally a connection (10c), (12c), (14c) or (16c), which is in the direction of rotation immediately behind the seal (13) located. The slider or knife (11) of the rotors with respect to the stationary seal (13) adjacent openings, z. B. ( 10b), (10c) so dimensioned that they close both openings when they are swept at the same time.
Eine sich verzweigende Rohrleitung (18) verbindet die Anschlüsse (10a), (14b) und (16c). Eine sich verzweigende Rohrleitung (20) verbindet die Anschlüsse (10b), (12c) und (16a). Eine sich verzweigende Rohrleitung (22) verbindet die Anschlüsse (10c), (12b) und (14a). Eine sich verzweigende Rohrleitung (24) verbindet die Anschlüsse (12a), (14c) und (16b).A branching pipeline ( 18) connects the connections (10a ) , (14b) and (16c). A branching pipeline (20) connects the connections (10b), (12c) and ( 16a). A branching pipeline (22) connects the connections ( 10c ) , ( 12b) and ( 14a). A branching pipeline (24) connects the connections (12a), (14c) and (16b).
Der dem Anschluß (10a) benachbarte Teil der Rohrleitung (18) und die von 'den jeweiligen Verzweigungen zu den Anschlüssen (10b und 10c) führenden Teile der Rohrleitungen (20 und 22) führen durch einen ersten Wärmetauscher (26). Der dem Anschluß (16a) benachbarte Teil der Rohrleitung (20) und die von der Verzweigung zu den Anschlüssen (16b) und (16c) führenden Teile der Rohrleitungen (18) und (24) führen durch einen zweiten Wärmetauscher (28).The said terminal (10a) adjacent part of the conduit (18) and that of 'the respective branches to the connections (10b and 10c) carrying parts of the pipes (20 and 22) through a first heat exchanger (26). The part of the pipeline (20) adjacent to the connection (16a) and the parts of the pipeline (18) and (24) leading from the branching to the connections (16b) and (16c) lead through a second heat exchanger (28).
Alternativ können die den Anschlüssen (10a) bzw. (16a) benachbarten Teile der Leitungen (18) und (20) nicht durch die Wärmetauscher (26) bzw. (28) führen, sondern durch einen eigenen Wärmetauscher (29) thermisch miteinander gekoppelt sein.Alternatively, the parts of the lines (18) and (20) adjacent to the connections (10a) or (16a) cannot lead through the heat exchangers (26) or (28), but rather can be thermally coupled to one another by a separate heat exchanger (29) .
Vorzugsweise sind ferner, wie durch gestrichelte Rechtecke (30) bzw. (32) angedeutet ist, jeweils ein Wärmetauscher (30) bzw. (32) zwischen dem dem Anschluß (12a) benachbarten Teil der Rohrleitung (24) und dem der Verzweigung benachbarten Teil der Rohrleitung (18) bzw. zwischen dem dem Anschluß (14a) benachbarten Teil der Rohrleitung (22) und dem der Verzweigung benachbarten Teil der Rohrleitung (20) vorgesehen.Preferably, as indicated by dashed rectangles (30) or (32), a heat exchanger (30) or (32) is in each case between the part of the pipeline (24) adjacent to the connection (12a) and the part adjacent to the branching the pipeline (18) or between the part of the pipeline (22) adjacent to the connection (14a) and the part of the pipeline (20) adjacent to the branching.
Die durch die Drehkolbenmaschineneinheiten gebildeten Arbeitsräume und die Rohrleitungen enthalten ein gasförmiges Arbeitsfluid, wie Helium. Bei einer typischen Betriebsweise der Einrichtung gemäß Fig. 1 als Wärmepumpe oder Kältemaschine werden die Rotoren der Einheiten synchron in Uhrzeigerrichtung angetrieben. Der Einheit (10) wird hochwertige Wärmeenergie hoher Temperatur (H) zugeführt, die Einheit (16) nimmt Wärmeenergie niedriger Temperatur (L) auf, während die Einheiten (12 und 14) Wärmeenergie mittlerer Temperatur (M) abgeben, die beim Betrieb als Wärmepumpe die Nutzwärme und beim Betrieb als Kältemaschine im allgemeinen Abwärme darstellt.The work spaces formed by the rotary piston machine units and the pipelines contain a gaseous working fluid, such as helium. In a typical mode of operation of the device according to FIG. 1 as a heat pump or cooling machine, the rotors of the units are driven synchronously in the clockwise direction. The unit (10) becomes high quality High-temperature heat energy (H) supplied, the unit ( 16 ) absorbs low-temperature heat energy (L), while the units ( 12 and 14) emit medium-temperature heat energy (M), which, when operated as a heat pump, provides the useful heat and when operated as a chiller generally represents waste heat.
Der Wärmewandler gemäß Fig. 1 enthält vier gasmäßig getrennte Systeme, in denen vier gegeneinander phasenverschobene thermodynamische Gas- Kreisprozesse ablaufen. In den durch die jeweiligen Rohrleitungen (18), (20), (22) bzw. (24) verbundenen Arbeitsräumen der verschiedenen Systeme herrscht jeweils im wesentlichen der gleiche, zeitveränderliche Druck. Von System zu System ist der Druck jedoch im allgemeinen verschieden. Im folgenden werden die Systeme jeweils der Einfachheit halber durch "(S)" mit Zusatz der betreffenden Leitungsnummer bezeichnet. In Fig. 1 sind die voneinander getrennten Arbeitsfluid- massen der verschiedenen Systeme durch unterschiedliche Schraffierungen dargestellt, und zwarThe heat converter according to FIG. 1 contains four gas-separated systems in which four thermodynamic gas cycle processes are shifted with respect to one another. In the work spaces of the various systems connected by the respective pipelines (18), (20), (22) or (24), the pressure that changes over time is essentially the same. However, pressure generally varies from system to system. For the sake of simplicity, the systems are designated below by "(S)" with the addition of the relevant line number. In Fig. 1, the separate working fluid masses of the different systems are shown by different hatching, namely
- das Arbeitsfluid des der Rohrleitung (18) zugeordneten Systems (S18) durch senkrechte Schraffur ("rot");- The working fluid of the system (S18) associated with the pipeline (18) by vertical hatching ("red");
- das Arbeitsfluid des der Rohrleitung (20) zugeordneten Systems (S20) durch rechts-schräge Schraffur ("grün");- The working fluid of the system (S20) assigned to the pipeline (20) by right-angled hatching ("green");
- das Arbeitsfluid des der Rohrleitung (22) zugeordneten Systems (S22) durch waagerechte Schraffur ("blau") und- The working fluid of the pipeline (22) assigned system (S22) by horizontal hatching ("blue") and
- das Arbeitsfluid des der Rohrleitung (24) zugeordneten Systems (S24) durch unterbrochene Kreuzschraffur ("gelb").- The working fluid of the system (S24) associated with the pipeline (24) by interrupted cross hatching ("yellow").
In der in Fig. 1A dargestellten Phase befinden sich die Arbeitsfluide der verschiedenen Systeme jeweils im wesentlichen in nur zwei Einheiten (das in den Leitungen befindliche Arbeitsfluid wird im folgenden vernachlässigt) :In the phase shown in FIG. 1A, the working fluids of the various systems are essentially only in two units (the working fluid in the lines is neglected in the following):
- (S18) in den Einheiten (10) und (14);- (S18) in units (10) and (14);
- (S20) in den Einheiten (10) und (16);- (S20) in units (10) and (16);
- (S22) in den Einheiten (12) und (14);- (S22) in units (12) and (14);
- (S24) in den Einheiten (12) und (16). Bei einem Wärmewandler, wie er in der oben erwähnten älteren Patent¬ anmeldung vorgeschlagen worden ist, würde der Zustand der Systeme den in Fig. 2 dargestellten Stellungen der durch ein schräges Kreuz versinnbildlichten Verdränger-Regeneratoren entsprechen und zwar- (S24) in units (12) and (16). In the case of a heat converter, as was proposed in the earlier patent application mentioned above, the state of the systems would correspond to the positions shown in FIG. 2 of the displacement regenerators symbolized by an oblique cross
- (S18) der Stellung I; - (S20) der Stellung II;- (S18) position I; - (S20) of position II;
- (S22) der Stellung IV und - (S24) der Stellung III.- (S22) of position IV and - (S24) of position III.
Fig. 1B zeigt den Zustand der Systeme, wenn sich die Rotoren um etwa 45 in Uhrzeigerrichtung gedreht haben. Ein Teil der Arbeitsraumvolumi¬ na bleibt während der ersten 180 der Umdrehung unverändert, und zwarFig. 1B shows the state of the systems when the rotors have rotated about 45 clockwise. Part of the working space volume remains unchanged during the first 180 of the rotation, specifically
- der Arbeitsraum von (S18) in der Einheit (10);- The working space of (S18) in the unit (10);
- der Arbeitsraum von (S20) in der Einheit (16);- The working space of (S20) in the unit (16);
• - der Arbeitsraum von (S22) in der Einheit (14) und• - the working space of (S22) in the unit (14) and
- der Arbeitsraum von (S24) in der Einheit (12).- The working space of (S24) in the unit (12).
In der Einheit (10) wird der vom Arbeitsfluid des "grünen" Systems (S20) eingenommene Arbeitsraum sukzessive kleiner, so daß das Arbeits¬ fluid durch den Anschluß (10b), durch den Wärmetauscher (26) und den Anschluß (12c) in die Einheit (12) strömt, wo angrenzend an den Anschluß (12c) ein sich entsprechend vergrößernder Arbeitsraum gebildet wird. Gleichzeitig wird aus der Einheit (12) Arbeitsfluid des "blauen" Systems (S22) durch den Anschluß (12b), den Wärmetauscher (26) und den Anschluß (10c) in die Einheit (10) verdrängt, in der angrenzend an den Anschluß (10c) ein sich entsprechend vergrößernder Arbeitsraum gebildet wird. Das aus der Einheit (10) in die Einheit (12) verdrängte Arbeits¬ fluid des Systems (S2Q) gibt dabei im Wärmetauscher (26) Wärme an das von der Einheit (12) in die Einheit (10) verdrängte Arbeitsfluid des Systems (22) ab.In the unit (10) the working space occupied by the working fluid of the "green" system (S20) is successively smaller, so that the working fluid through the connection (10b), through the heat exchanger (26) and the connection (12c) into the Unit (12) flows where a correspondingly enlarging work space is formed adjacent to the connection (12c). At the same time, working fluid of the "blue" system (S22) is displaced from the unit (12) through the connection (12b), the heat exchanger (26) and the connection (10c) into the unit (10) in which, adjacent to the connection ( 10c) a correspondingly enlarging work space is formed. The working fluid of the system (S2Q) displaced from the unit (10) into the unit (12) gives heat in the heat exchanger (26) to the working fluid of the system (22) displaced from the unit (12) into the unit (10) ).
In entsprechender Weise wird Arbeitsfluid des "roten" Systems (S18) aus der Einheit (14) durch den Wärmetauscher (28) in die Einheit (16) verdrängt, während gleichzeitig Arbeitsfluid des "gelben" Systems (S24) aus der Einheit (16) durch den Wärmetauscher (28) in die Einheit (14) verdrängt wird, so daß auch hier ein entsprechender Wärmetausch im Wärmetauscher (28) stattfinden kann.Correspondingly, working fluid of the "red" system (S18) is displaced from the unit (14) through the heat exchanger (28) into the unit (16), while at the same time working fluid of the "yellow" system (S24) from the unit (16) is displaced into the unit (14) by the heat exchanger (28), so that a corresponding heat exchange in the heat exchanger (28) can also take place here.
Da sich die Temperatur des jeweils verdrängten Arbeitsfluids ändert, ändert sich auch der Druck in dem betreffenden System und es wird dementsprechend auch etwas Arbeitsfluid durch die betreffende Leitung in die Einheit hinein oder aus dieser herausströmen, in der sich das Volumen des Arbeitsraumes des betreffenden Systems nicht ändert.As the temperature of the displaced working fluid changes, the pressure in the system in question also changes and, accordingly, some working fluid will flow into or out of the unit through the line in question, in which the volume of the working space of the system in question does not change.
Der weitere Verlauf des Arbeitszyklus dürfte aufgrund der vorstehenden Erklärung bei Betrachtung der Figuren 1C bis 1H ohne weiteres verständ¬ lich sein. Am Schluß ist wieder der Zustand gemäß Fig. 1A erreicht.The further course of the working cycle should be readily understandable on the basis of the above explanation when considering FIGS. 1C to 1H. At the end the state according to FIG. 1A is reached again.
Fig. 3 zeigt die Druckänderungen, die in den einzelnen Systemen statt¬ finden, wenn man für die Temperaturen der Einheiten (10), (12) + (14) und (16) praktische Werte annimmt. Der Druck im System (S18), dessen Verlauf durch die dick ausgezogene Kurve mit einem Pfeil dargestellt ist, sinkt zwischen (tn) und (t_.) entsprechend dem Übergang von Fig. 1A nach Fig. 1C dadurch ab, daß Arbeitsfluid mittlerer Temperatur (M) aus der auf mittlerer Temperatur (M) arbeitenden Einheit (14) in die Einheit (16) verdrängt wird, in der eine relativ tiefe Temperatur (L) herrscht. Zwischen (t.) und (t_) sinkt der Druck verhältnismäßig stark ab, da beim Übergang von Fig. 1C nach Fig. 1E das Arbeitsfluid aus der Einheit (10), die bei der relativ hohen Temperatur (H) arbeitet, in die auf mittlerer Temperatur (M) liegende Einheit (12) verdrängt wird, wobei eine größere Temperaturänderung stattfindet, als beim Übergang zwischen (14) und (16). Die Temperaturänderungen zwischen (t_) und (t,) sowie zwischen (t,) und (t.) entsprechen den Arbeitsphasen zwischen Fig. 1E und 1G bzw. zwischen Fig. 1G und Fig. 1A. Der Druckverlauf in den anderen Systemen ist durch die mit zwei, drei bzw. vier Pfeilen und der Systembezeichnung versehenen Kurven dargestellt.FIG. 3 shows the pressure changes that take place in the individual systems if practical values are assumed for the temperatures of the units (10), (12) + (14) and (16). The pressure in the system (S18), the course of which is shown by the solid curve with an arrow, drops between (t n ) and (t_.) In accordance with the transition from FIG. 1A to FIG. 1C due to the fact that working fluid is of medium temperature (M) is displaced from the unit (14) working at medium temperature (M) into unit (16), in which the temperature (L) is relatively low. Between (t.) And (t_), the pressure drops relatively sharply, since during the transition from FIG. 1C to FIG. 1E, the working fluid from the unit (10), which operates at the relatively high temperature (H), into the medium temperature (M) lying unit (12) is displaced, a larger temperature change taking place than in the transition between (14) and (16). The temperature changes between (t_) and (t,) and between ( t,) and (t.) Correspond to the working phases between FIGS. 1E and 1G or between FIGS. 1G and 1A. The pressure curve in the other systems is represented by the curves provided with two, three or four arrows and the system name.
In Fig. 4 sind analog zu Fig. 3 die Änderungen der durch die Einheiten (10) bis (16) gebildeten Arbeitsvolumina für die Systeme (S18) bis (S24) dargestellt. Man sieht, daß die Summe der von den vier Einheiten (10) bis (16) gebildeten Arbeitsvolumina für jedes System zeitlich konstant ist.In FIG. 4, analogously to FIG. 3, the changes in the working volumes formed by the units (10) to (16) for the systems (S18) to ( S24) are shown. It can be seen that the sum of the working volumes formed by the four units (10) to (16) is constant over time for each system.
Die Fig. 5A bis 5D zeigen vier Arbeitsphasen einer Einrichtung, die eine Abwandlung des Wärmewandlers gemäß Fig. 1 dargestellt und sich von letzterem im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß jede Einheit einen Rotor mit vier um 90 versetzten Schiebern oder Messer hat und daß zwei diametral versetzt angeordnete Dichtungen zwischen Gehäuse und Rotor vorgesehen sind, so daß für die jeweiligen Systeme in jeder Einheit jeweils zwei diametral gegenüberliegende Arbeitsräume gebildet werden, wie durch entsprechende Schraffierungen dargestellt ist. Die einander diametral gegenüberliegenden Arbeitsräume jeder Einheit sind mit entsprechenden Anschlüssen versehen, die paarweise an die entsprechenden Rohrleitungen (18) bis (24) angeschlossen sind. Dies ist der Einfachheit halber nur für die Einheit (10) in Fig. 5A dargestellt: Es sind jeweils zwei einander diametral gegenüberliegende Anschlüsse (10a1), (10a2) vorgesehen, die sich in der Mitte zwischen den bezüglich des Gehäuses stationären Abdichtungen (11a, 11b) befinden. Um den Winkelabstand der Rotormesser, also um 90 Grad gegen diese Anschlüsse versetzt sind zwei einander diametral gegenüber¬ liegende Paare von Anschlüssen (10b1), (10c1) bzw. (10b2), (10c2) vorgesehen, die den Dichtungen (11) so zugeordnet sind, wie es in Verbindung mit Fig. 1 erläutert worden ist. Im übrigen sind die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet worden und die Arbeitsweise des Wärmewandlers gemäß Fig. 5 ist ganz analog zu dem gemäß Fig. 1.5A to 5D show four working phases of a device which shows a modification of the heat converter according to FIG. 1 and differs from the latter essentially only in that each Unit has a rotor with four slides or knives offset by 90 and that two diametrically offset seals are provided between the housing and the rotor, so that two diametrically opposed working spaces are formed for each system in each unit, as shown by corresponding hatching. The diametrically opposite working spaces of each unit are provided with corresponding connections, which are connected in pairs to the corresponding pipes (18) to (24). For the sake of simplicity, this is only shown for the unit (10) in FIG. 5A: Two diametrically opposite connections (10a1), (10a2) are provided in each case, which are located in the middle between the seals (11a, 11b). Two diametrically opposed pairs of connections (10b1), (10c1) and (10b2), (10c2) are provided around the angular spacing of the rotor knives, that is to say offset by 90 degrees to these connections, so assigned to the seals (11) are, as has been explained in connection with FIG. 1. Otherwise, the same reference numerals have been used as in FIG. 1 and the mode of operation of the heat converter according to FIG. 5 is quite analogous to that according to FIG. 1.
Die in den Einrichtungen gemäß Fig. 1 und 5 ablaufenden thermodynamischen Kreisprozesse unterscheiden sich von dem vorgeschlagenen Prozeß und vom sog. Vui lleumier-Prozeß dadurch wesentlich, daß die einer Gasmasse (m) auf einem Weg von (x) nach (y) von einem Regenerator zugeführte oder entnommene Wärmemenge beim Rückströmen von (y) nach (x) nicht mehr der Gesamtmasse (m), sondern einer Teilmasse von (m) zugeführt bzw. entnommen wird.1 and 5 differ from the proposed process and the so-called Vui lleumier process in that the gas mass (m) on a path from (x) to (y) of one The amount of heat supplied or withdrawn to the regenerator when flowing back from (y) to (x) is no longer supplied to or taken from the total mass (m), but rather from a partial mass of (m).
In Fig. 6 ist eine Abwandlung der Einrichtung gemäß Fig. 1 schematisch dargestellt, bei der neuartige Drehkolbenmaschineneinheiten (610), (612), (614), (616) verwendet werden, die jeweils einen Drehkolben (602) in Form eines dreizackigen Sternes enthalten, der in einer Rotorkammer (604) in Form eines viereckigen Kissens mit nach innen etwas einspringenden Seiten exzentrisch umläuft. Auch hier sind vier Systeme vorhanden, in denen vier gegeneinander phasenverschobene 13 FIG. 6 schematically shows a modification of the device according to FIG. 1, in which novel rotary piston machine units (610), (612), (614), (616) are used, each of which has a rotary piston (602) in the form of a three-pointed star included, which rotates eccentrically in a rotor chamber (604) in the form of a square cushion with slightly protruding sides. Here, too, there are four systems in which four are out of phase with each other 13
ther odynamische Gasprozesse der in Verbindung mit Fig. 1 erläuterten Art ablaufen. Dem "roten" System (S618) ist eine Leitung (618) zugeordnet, dem "grünen" System (S620) eine Leitung (620), dem "blauen" System (S622) eine Leitung (622) und dem "gelben" System (S624) eine Leitung (624). Die Rotorkammern der Einheiten (610), (612), (614) und (616) haben jeweils in ihren Ecken einen Anschluß für eine der Leitungen (618), (620), (622) bzw. (624). Die Anschlüsse sind jeweils rechts oben beginnend in Uhrzeigerrichtung mit der Nummer der Einheit und den Indizes (a), (b), (c) und (d) bezeichnet und mit den Leitungen wie folgt verbunden:Ther odynamic gas processes of the type explained in connection with FIG. 1 take place. A line ( 618 ) is assigned to the "red" system (S618), a line ( 620 ) to the "green" system (S620), a line (622) to the "blue" system (S622) and the "yellow" system ( S624 ) a line (624). The rotor chambers of the units ( 610 ) , ( 612 ) , ( 614 ) and (616) each have a connection in their corners for one of the lines (618), (620), (622) and (624). The connections are labeled clockwise with the number of the unit and the indices (a), (b), (c) and ( d) starting at the top right and connected to the lines as follows:
Anschlüsse (610a), (612c), (614b), (616d) mit 618;Connectors (610a), (612c), (614b), (616d) with 618;
(610b), (612d), (614c). (616a) mit 620,(610b), (612d), (614c). (616a) with 620,
(610c), (612a), (614d), (616b) mit 624,(610c), (612a), (614d), (616b) with 624,
(610d), (612b), (614a), (616c) mit 622.(610d), (612b), (614a), (616c) with 622.
Während in den Anschlüssen der Rotorkammern der Einheiten der Einrichtung gemäß Fig. 1 das Arbeitsgas jeweils immer nur entweder ausströmt oder einströmt, strömt das Arbeitsgas bei der Einrichtung gemäß Fig. 6 in ein und demselben Anschluß während eines.Teiles des Arbeitszyklus in die Rotorkammer hinein und während eines anderen Teiles des Arbeitszyklus aus der Rotorkammer heraus. An die Stelle der Wärmetauscher (626) bzw. (628), die in ihrer Funktion den Wärmetauschern (26) bzw. (28) in Fig. 1 entsprechen, kann daher in jeder Leitung ein entsprechender Regenerator (Rekuperator) verwendet werden. Die Arbeitsweise der Einrichtung gemäß Fig. 6 entspricht im übrigen der gemäß Fig. 1, so daß sich eine weitere Erläuterung erübrigt. Die Ausführungsform gemäß Fig. 6 ist mechanisch wesentlich komplizierter als die gemäß Fig. 1 und soll hauptsächlich zeigen, daß die Erfindung mit Drehkolbenmaschineneinheiten der verschiedensten Konstruktionen realisiert werden kann.While the working gas only ever either flows out or flows in in the connections of the rotor chambers of the units of the device according to FIG. 1, the working gas flows in the device according to FIG. 6 into one and the same connection during one part of the working cycle into the rotor chamber and out of the rotor chamber during another part of the duty cycle. Instead of the heat exchangers (626) or (628), which correspond in their function to the heat exchangers (26) or (28) in FIG. 1, a corresponding regenerator (recuperator) can therefore be used in each line. The operation of the device according to FIG. 6 otherwise corresponds to that according to FIG. 1, so that a further explanation is unnecessary. The embodiment according to FIG. 6 is mechanically much more complicated than that according to FIG. 1 and is mainly intended to show that the invention can be implemented with rotary piston machine units of various designs.
Da bei den im vorstehenden beschriebenen Einrichtungen praktisch keine mechanische Kompression des Arbeitsgases stattfindet, ist für den Antrieb der Rotoren praktisch nur diejenige Leistung erforderlich, die zur Überwindung der Reibungsverluste und eventueller, thermisch bedingter Druckunterschiede erforderlich ist. Wie oben bereits in Verbindung mit Fig. 1 erwähnt worden ist, können die obengenannten Einrichtungen als Wärmepumpe bzw. Kältemaschine dienen. Bei einer typischen Betriebsart laufen die Rotoren dabei in Uhrzeigerrichtung um, den auf hoher (H) bzw. niedriger (L) Temperatur arbeitenden Einheiten (10) bzw. (16) w rd Wärme zugeführt und von den auf mittlerer Temperatur (M) arbeitenden Einheiten (12) und (14) wird Wärme abgeführt. Die Einheiten (12) und (14) können jedoch auch mit verschiedenen Temperaturen (T3) bzw. (T2) betrieben werden, wobei (T3) größer oder kleiner als (T2) sein kann, ohne daß sich am Betrieb der Einrichtung als Wärmepumpe bzw. Kältemaschine etwas Prinzipielles ändert.Since there is practically no mechanical compression of the working gas in the devices described above, practically only that power is required to drive the rotors, which is necessary to overcome the frictional losses and any thermal differences in pressure. As has already been mentioned above in connection with FIG. 1, the above-mentioned devices can serve as a heat pump or cooling machine. In a typical operating mode, the rotors rotate clockwise, heat is supplied to the units (10) and (16) operating at high (H) and low (L) temperatures, and from the units operating at medium temperature (M) (12) and (14) heat is removed. The units (12) and (14) can, however, also be operated at different temperatures (T3) or (T2), where (T3) can be greater or smaller than (T2) without affecting the operation of the device as a heat pump or Chiller changes something fundamental.
Die Einrichtungen gemäß Fig. 1, 5 und 6 können jedoch auch auf andere Weise als Wärmepumpen (Kältemaschinen) und außerdem als Wärme¬ transformator oder als Wärmepumpentransformator betrieben werden. Insgesamt sind acht Betriebsarten möglich, die.in der folgenden Tabelle I dargestellt sind. Ein Pluszeichen (+) bedeutet, daß der in der ersten Spalte angegebenen Einheit Wärmeenergie zugeführt wird, ein Minus¬ zeichen (-), daß von der betreffenden Einheit Wärmeenergie abgeführt oder entnommen wird.The devices according to FIGS. 1, 5 and 6 can, however, also be operated in other ways as heat pumps (refrigeration machines) and also as a heat transformer or as a heat pump transformer. A total of eight operating modes are possible, which are shown in Table I below. A plus sign (+) means that thermal energy is added to the unit indicated in the first column, a minus sign ( - ) means that thermal energy is removed or taken from the unit in question.
TABELLE ITABLE I
Bet ri ebsart: 1 2 3 4 5 6 7 8Type of operation: 1 2 3 4 5 6 7 8
Ei nhei t : 10 + + + +Unit: 10 + + + +
12 + + + +12 + + + +
U + + + - - +U + + + - - +
16 + + - + - +16 + + - + - +
Die obige Tabelle gilt für eine Rotordrehung in Uhrzeigerrichtung. Bei Rotordrehung in Gegenuhrzeigerrichtung kehren sich die Vorzeichen der Wärmeflüsse um.The above table applies to clockwise rotor rotation. When the rotor rotates counterclockwise, the signs of the heat flows are reversed.
Die Betriebsart 2 wurde oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert. Es sei angemerkt, daß dabei T3 größer, gleich oder kleiner als T2 sein kann. T4 ist größer als T3 und T2 und diese sind größer als T1. Besonders vorteilhafte Wärmepumpen- bzw. Kältemaschinen-Betriebsarten sind auch 1 und 3, da bei Betriebsart oder Typ 1 Nutzwärme bei zwei verschiedenen Temperaturniveaus T4 und T3 abgegebenwird, während bei Betriebsart 3 sich Kälte auf einem relativ tiefen Niveau T1 und einem etwas höheren Niveau erzeugen läßt.Operating mode 2 was explained above with reference to FIG. 1. It should be noted that T3 can be greater than, equal to or smaller than T2. T4 is larger than T3 and T2 and these are larger than T1. Particularly advantageous heat pump or refrigerator operating modes are also 1 and 3, since in operating mode or type 1 useful heat is released at two different temperature levels T4 and T3, while in operating mode 3 cold can be generated at a relatively low level T1 and a somewhat higher level .
Die Betriebsart 8 stellt einen Wärmetransformator dar. Die Einheit 10 gibt Nutzwärme der relativ hohen Temperatur T4, die Einheit 16 Abwärme der relativ niedrigen Temperatur T1 ab, die Einheiten 12 und 14 nehmen Wärme der mittleren Temperaturen T3 bzw T2 auf, wobeiThe operating mode 8 represents a heat transformer. The unit 10 emits useful heat of the relatively high temperature T4, the unit 16 waste heat of the relatively low temperature T1, the units 12 and 14 absorb heat of the medium temperatures T3 and T2, respectively
T4 > T3 >/=/< T2 > T1 ist..T4> T3> / = / <T2> T1 is ..
In den Betriebsarten 3 und 6 arbeitet die Einrichtung als Wärmepumpen¬ transformator. Für die Temperaturniveaus gilt hierIn modes 3 and 6, the device works as a heat pump transformer. The following applies to the temperature levels
Betriebsart 3: T3 > T4 > T2 > T1. Betriebsart 6: T4 > T3 > T1 > T2Operating mode 3: T3> T4> T2> T1. Operating mode 6: T4> T3> T1> T2
Die Wärmepumpentransformatoren eignen sich vor allem zur Wärmerück¬ gewinnung bei Kondensationsvorgängen. Die beim Kondensieren eines Stoffes frei werdenden Kondensationswärme wird dem Wärmepumpen¬ transformator zugeführt und durch diesen auf eine über der Kondensationstemperatur liegende Temperatur hochtransformiert, so daß sie für die Verdampfung des betreffenden Stoffes genutzt werden kann.The heat pump transformers are particularly suitable for heat recovery in condensation processes. The condensation heat released when a substance is condensed is fed to the heat pump transformer and transformed up to a temperature above the condensation temperature so that it can be used for the evaporation of the substance in question.
Weitere vorteilhafte Abwandlungen ergeben sich, wenn man die Einrichtungen gem. Fig. 1, 5 oder 6 durch eine Kompressionsmaschine (KM) und/oder eine Expansionsmaschine (EM) ergänzt. Bei Fig. 1 wird die Expansionsmaschine (EM) beim Anschluß (10a) in die Leitung (18) eingeschaltet und sie kann z. B. dazu verwendet werden, die für den Antrieb der Rotoren der Einheiten (10) bis (16) benötigte Antriebsenergie zu liefern. Die Kompressionsmaschine (KM) wird beim Anschluß (16a) in die Leitung (20) eingeschaltet und gestattet es, dem System zusätzlich Energie durch mechanische Arbeit zuzuführen. Mit Kompressions- oder Expansionsmaschine ergeben sich die in Tabelle II aufgeführten 22 Typen oder Betriebsarten, wobei ein Pluszeichen in der Zeile (W) bedeutet, daß dem System Arbeit über eine Kompressionsmaschine (KM) zugeführt wird, während ein Minuszeichen in dieser Zeile die Entnahme von Energie aus dem System durch eine Expansionsmaschine (EM) bedeutet. Bezüglich der Einheiten (10) bis (12) entspricht die Tabelle II der Tabelle I.Further advantageous modifications result if the facilities according to. Fig. 1, 5 or 6 supplemented by a compression machine (KM) and / or an expansion machine (EM). In Fig. 1, the expansion machine (EM) is turned on at the connection (10a) in the line (18) and it can, for. B. can be used to supply the drive energy required to drive the rotors of the units (10) to (16). The compression machine (KM) is switched on at the connection (16a) in the line (20) and allows additional energy to be supplied to the system by mechanical work. Compression or expansion machines result in the 22 types or operating modes listed in Table II, with a plus sign in the line (W) meaning that work is being supplied to the system via a compression machine (KM), while a minus sign in this line indicates the removal of Energy from the system through an expansion machine (EM) means. Regarding units (10) to ( 12), Table II corresponds to Table I.
TABELLE IITABLE II
Betr. Art: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1.9 20 21 22Concerning Type: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1.9 20 21 22
W: + + + + + + + + - - - - - - - - + + + + + +W: + + + + + + + + - - - - - - - - + + + + + +
Einh.. 10 + + + + + + + + - - - - _. - - + + + Unit. 10 + + + + + + + + - - - - _. - - + + +
12 + - - - - + + + + - - - - + + + + - - - + +12 + - - - - + + + + - - - - + + + + - - - + +
14 - - + + + - - + - - + + + - - + + + - - - +14 - - + + + - - + - - + + + - - + + + - - - +
16 + + - + - + - - + + - + - + - - + + + - _ -16 + + - + - + - - + + - + - + - - + + + - _ -
In Figur 7 ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Einrichtung dargestellt, mit der Wärmeenergie in mechanische Arbeit, insbesondere Wellenleistung einer Turbine, umgesetzt werden kann. Die Einrichtung gemäß Figur 7 enthält zwei Rotationskolbenmaschineneinheiten (710) bzw. (712), die im wesentlichen so aufgebaut sein können, wie es in Verbindung mit Figur 1 erläutert worden war. Die Einheiten enthalten jeweils drei Rotorkammer-Anschlüsse (710a), (710b) und (710c) bzw. (712a), (712b) und (712c), die so angeordnet sind, wie es für die ent¬ sprechenden Anschlüsse in Figur 1 erläutert worden ist. D e Anschlüsse (710a) und (712a) sind über eine Leitung (717) verbunden, welche eine arbeitsleistende Expansionsmaschine, z. B. eine Turbine (719) enthält. Der Anschluß (710b) ist mit dem Anschluß (712c) über eine Leitung (721) verbunden. Der Anschluß (712b) ist mit dem Anschluß (710c) über eine Leitung (723) verbunden. Die Leitungen (721) und (723) führen durch einen Wärmetauscher (726). Ferner können die Leitun¬ gen (717) und (723) durch einen Wärmetauscher (728) thermisch gekoppelt sein. Gegebenenfalls kann das durch die Leitung (717) strömende gasför¬ mige Arbeitsfluid ganz oder teilweise durch den Wärmetauscher (726) geführt werden, wie es gestrichelt angedeutet ist. Im Betrieb wird der Einheit (710) Wärmeenergie verhältnismäßig hoher Temperatur (Tu) zugeführt und der Einheit (712) wird Wärmeenergie π relativ niedriger Temperatur (T. ) entnommen. Die Rotoren der Einheiten (710) und (712) sitzen auf einer gemeinsamen Welle oder werden auf andere Weise synchron angetrieben, wobei im wesentlichen hier ebenfalls nur die mechanischen Reibungsverluste gedeckt zu werden brau¬ chen, da sich die durch Druckdifferenzen in den Einheiten entstehenden Drehmomente kompensieren.FIG. 7 shows an exemplary embodiment of the present device with which thermal energy can be converted into mechanical work, in particular shaft power from a turbine. The device according to FIG. 7 contains two rotary piston machine units (710) and (712), which can be constructed essentially as it was explained in connection with FIG. 1. The units each contain three rotor chamber connections ( 710a ) , ( 710b ) and ( 710c ) or (712a), (712b) and (712c), which are arranged as explained for the corresponding connections in FIG. 1 has been. The connections (710a) and (712a) are connected via a line (717), which is a work-expanding machine, e.g. B. contains a turbine (719). The connection (710b) is connected to the connection (712c) via a line (721). The connection (712b) is connected to the connection (710c) via a line (723). The lines (721) and (723) lead through a heat exchanger (726). Furthermore, the lines (717) and (723) can be thermally coupled by a heat exchanger (728). If necessary, all or part of the gaseous working fluid flowing through line (717) can be passed through heat exchanger (726), as indicated by dashed lines. In operation, the unit (710) is supplied with relatively high temperature (T u ) thermal energy and the ( 712) thermal energy π with a relatively low temperature (T.) is withdrawn. The rotors of the units (710) and (712) are seated on a common shaft or are driven synchronously in some other way, whereby essentially only the mechanical friction losses need to be covered here, since the torques resulting from pressure differences in the units compensate.
Die Fig. 7A bis 7H zeigen verschiedene Betriebszustände während einer Umdrehung der Rotoren der Einheiten (710) und (712). In den Einheiten (710) und (712) laufen vier gegeneinander phasenverschobene thermodyna- mische Gas-Kreisprozesse ab. Charakteristisch ist dabei für die Einrichtung gemäß Fig. 7, daß ein bestimmtes Volumen des Arbeitsgases jeweils nur zwischen den Einheiten (710) und (712) hin- und herpendelt, während ein anderer Teil des Volumens von diesem "Pendelvolumen" durch die Turbine (719) gefördert wird und dort mechanische Arbeit leistet. Für die Erläuterung dieses Prozesses sei zuerst das Arbeitsgas betrachtet, das sich in der linken Hälfte der Einheit (712d) zwischen dem Messer (712d) und der Dichtung (712e) befindet. Bei der Drehung der Rotoren in Uhrzeigerrichtung wird das Gas aus der relativ kalten Einheit (712) durch die Leitung (723) in die relativ heiße Einheit (710) verdrängt.7A to 7H show different operating states during one revolution of the rotors of the units (710 ) and ( 712). In units (710) and (712), four thermodynamic gas cycle processes that are phase-shifted with respect to one another run. It is characteristic of the device according to FIG. 7 that a certain volume of the working gas only oscillates back and forth between the units (710) and (712), while another part of the volume of this "pendulum volume" through the turbine (719 ) is promoted and does mechanical work there. To explain this process, consider first the working gas located in the left half of the unit (712d) between the knife (712d) and the seal (712e). When the rotors rotate clockwise, the gas is displaced from the relatively cold unit (712) through line (723) into the relatively hot unit (710).
In der Stellung gemäß Figur 7C ist dieser Vorgang abgeschlossen, d.h. daß die linke Hälfte der Einheit (710) nun Arbeitsgas relativ hohen Druckes enthält. Das Messer (710d) überläuft nun die Öffnung (710a) (Figur 7C), so daß das unter dem relativ hohen Druck stehende Arbeits¬ gas durch die Leitung (717) zur Turbine (719) strömt, wo es sich ent¬ spannt und dann in den mit der Öffnung (712a) in Verbindung stehenden Arbeitsraum der Einheit (712) (Figur 7D) strömt, wo es das in diesem Arbeitsraum enthaltene, sich auf relativ niedriger Temperatur befind¬ liche "braune" Arbeitsgasvolumen, das eine niedrige Dichte hat, etwas verdichtet, wie durch den "orangen" Teil (or) dargestellt ist. In Figur 7E erreicht der Kolben (712d) den Anschluß (710a), so daß das Ausströ¬ men von Arbeitsgas relativ hohen Druckes aus dem sich vor diesem Kolben iβ befindlichen Teil des Arbeitsraumes beendet wird. Dieser Teil des Arbeitsraumes enthält nun ein "blaues" Arbeitsgasvolumen (bl), das durch das Abströmen des "orangen" Teiles (or) entspannt worden ist. Das Arbeitsgasvolumen (bl) wird nun zwischen 7E und 7H in den sich zwi¬ schen der Dichtung (712e) und dem Messer (712d) befindlichen Teil des Arbeitsraumes übergeführt, wobei der Druck durch die Temperaturernie¬ drigung sinkt. In Figur 7G ist dieser Vorgang abgeschlossen.In the position according to FIG. 7C, this process is completed, ie the left half of the unit (710) now contains working gas of relatively high pressure. The knife (710d) now overflows the opening (710a) ( FIG. 7C), so that the working gas under the relatively high pressure flows through the line (717) to the turbine (719), where it relaxes and then flows into the working space of the unit (712) (FIG. 7D) which is connected to the opening (712a), where it contains the "brown" working gas volume which is contained in this working space and is at a relatively low temperature and has a low density, somewhat condensed, as represented by the "orange" part (or). In FIG. 7E, the piston (712d ) reaches the connection (710a), so that the outflow of working gas of relatively high pressure from the piston in front of it i β located part of the work area is terminated. This part of the work space now contains a "blue" working gas volume (bl), which has been released by the outflow of the "orange" part (or). The working gas volume (bl) is now transferred between 7E and 7H into the part of the working space located between the seal (712e) and the knife (712d), the pressure falling as a result of the temperature reduction. This process is completed in FIG. 7G.
Es ist also ersichtlich, daß das "blaue" Volumen (bl) nur zwischen den Einheiten (710) und (712) hin- und herpendelt, jedoch durch intermit¬ tierende Expansion den anderen, "orangen" Teil (or) des Arbeitsgases antreibt und durch die Turbine fördert, um dort mechanische Arbeit zu erzeugen. Selbstverständlich ist das Arbeitsgas im "blauen" und im "orangen" Volumen nicht voneinander getrennt, die obige Erläuterung soll nur verdeutlichen, daß ein gewisser Prozentsatz des Arbeitsgases zwischen den Einheiten (710) und (712) hin- und herpendelt, während ein anderer Teil vom ersten Teil durch die Turbine gedrückt wird, um die gewünschte Wellenleistung zu erzeugen. Dieser Massenanteil m_ hängt von den Temperaturniveaus (T ) und (T, ) in den Einheiten (710) und π LIt can thus be seen that the "blue" volume (bl) only oscillates back and forth between the units (710) and (712), but drives the other, "orange" part (or) of the working gas by intermittent expansion through the turbine to produce mechanical work there. Of course, the working gas in the "blue" and in the "orange" volume is not separated from one another, the above explanation is only intended to clarify that a certain percentage of the working gas oscillates between the units (710) and (712), while another part is pushed through the turbine from the first part to produce the desired shaft power. This mass fraction m_ depends on the temperature levels (T) and (T,) in the units (710) and π L
(712) ab.(712).
Ganz entsprechende Vorgänge laufen mit entsprechender Phasenverschie¬ bung hinsichtlich des "gelben" Pendelvolumens (ge) und des "roten" Arbeitsvolumens (ro) ab. Während bei dem oben erläuterten Prozeß das Volumen (or) von (bl) bzw. (br) zyklisch durch die Turbine gefördert wurde, wird beim zweiten, um 180 versetzten Prozeß Gasvolumen (ro) von den Volumina (ge) bzw. (gr) durch die Turbine gefördert.Completely corresponding processes take place with a corresponding phase shift with respect to the "yellow" pendulum volume (ge) and the "red" working volume (ro). While the volume (or) of (bl) or (br) was conveyed cyclically through the turbine in the process explained above, in the second process, gas volume (ro) is displaced by the volumes (ge) or (gr) by 180. conveyed by the turbine.
Eine Einrichtung der in Figur 7 dargestellten Art läßt sich sehr kom¬ pakt bauen, man kann die Rotationskolbenmaschinen und die Turbine in ein und demselben, z. B. zylindrischen Gehäuse unterbringen, das dann außen nur geeignete Wärmetauscherflächen und, falls die Turbine mit einem elektrischen Generator verbunden ist, zur Leistungsentnahme nur elektrische Anschlüsse aufweist. Ersetzt man die Turbine (719) durch einen Kompressor oder Verdichter entgegengesetzter Förderrichtung so ergibt sich eine Wärmepumpe bzw. Kältemaschine.A device of the type shown in FIG. 7 can be built very compactly. The rotary piston machines and the turbine can be installed in one and the same, e.g. B. housing cylindrical housing, which then has only suitable heat exchanger surfaces and, if the turbine is connected to an electrical generator, has only electrical connections for power consumption. Replacing the turbine (719) with a compressor or compressor in the opposite direction of delivery results in a heat pump or refrigeration machine.
Figur 8 zeigt, wie sich die Volumina der verschiedenen Gasmassen wäh¬ rend eines Arbeitszyklus ändern, wobei die gleichen Farbbezeichnungen bzw. Schraffuren verwendet wurden, wie in Fig. 7.FIG. 8 shows how the volumes of the different gas masses change during a working cycle, the same color names or hatching being used as in FIG. 7.
Figur 9 zeigt das Indikatordiagramm der Pendelmasse m_, die die primäre Arbeit leistet, indem sie die Arbeitsmasse m_ durch die Turbine drückt.FIG. 9 shows the indicator diagram of the pendulum mass m_, which does the primary work by pushing the working mass m_ through the turbine.
Das Indikatordiagramm durch die Turbine strömenden, die Wellenleistung ddeerr TTuurrbbiinnee lleettzzttlliicchh eerrzzeeuuggeennddeen Arbeitsmasse m ist nur durch dieThe indicator diagram flowing through the turbine, the shaft power ddeerr TTuurrbbiinnee lleettzzttlliicchh eerrzzeeuuggeennddeen working mass m is only through the
B Extrempunkte 1 und 4 angedeutet,B indicated extreme points 1 and 4,
Die Ausführungsform gemäß Fig. 11 enthält vier Hubkolbeneinheiten (810, 812, 814, 816), die jeweils einen Zylinder und einen im Zylinder verschiebbar gelagerten Kolben (K) enthalten. Die Kolben sind bezüglich der Innenwand des jeweiligen Zylinders abgedichtet, z. B. durch O-Ringe, da an ihnen im Betrieb der Einrichtung eine Druckdiffe¬ renz auftritt. Die Kolben der Einheiten (810) und (812) sowie die Kol¬ ben der Einheiten (814) und (816) sind jeweils über eine Getriebeein¬ heit (G), die anhand von Fig. 13 noch näher erläutert werden wird, starr miteinander gekoppelt, so daß sie synchrone Hubbewegungen in den jeweiligen Zylindern ausführen.The embodiment according to FIG. 11 contains four reciprocating piston units (810, 812, 814, 816), each of which contains a cylinder and a piston (K) which is displaceably mounted in the cylinder. The pistons are sealed with respect to the inner wall of the respective cylinder, e.g. B. by O-rings, since a pressure difference occurs on them during operation of the device. The pistons of units (810) and (812) and the pistons of units (814) and (816) are each rigidly connected to one another via a gear unit (G), which will be explained in more detail with reference to FIG. 13 coupled so that they perform synchronous lifting movements in the respective cylinders.
Die Einheit (810) arbeitet auf einem verhältnismäßig hohen Temperatur¬ niveau (H), die Einheiten (812) und (814) arbeiten auf mittleren Tempe¬ raturniveaus (M,,) bzw. (M-,), die gleich oder auch etwas verschieden sein können. Die Einheit (816) arbeitet auf einem relativ niedrigen Temperaturniveau (L) .The unit ( 810) operates at a relatively high temperature level (H), the units (812) and (814) operate at medium temperature levels (M ,,) and (M-,) which are the same or somewhat can be different. The unit (816) operates at a relatively low temperature level (L).
Eine erste Arbeitsfluidleitung (818) verbindet Anschlüsse (810a, 812d) an den einander entgegengesetzten, "äußeren" Enden der Zylinder der Einheiten (810) und (812) sowie Anschlüsse (814b, 816a) an den einan¬ der zugewandten "inneren" Enden der Zylinder der Einheiten (814) bzw. (816). In entsprechender Weise verbindet eine zweite Arbeitsfluidlei- tung (820) Anschlüsse (810b, 812a) an den einander gegenüberliegenden, "inneren" Enden der Einheiten (810, 812) und Anschlüsse (814a, 816b) an den einander entgegengesetzten, "äußeren" Enden der Einheiten (814) bzw. (816). Die die Anschlüsse (810a) und (812b) sowie die Anschlüsse (810b) und (812a) verbindenden Teile der Leitungen (818, 820) sind durch einen Wärmetauscher (826) thermisch miteinander gekoppelt. In entsprechender Weise sind die zwischen den Anschlüssen (814b) und (816a) sowie den Anschlüssen (814a) und (816b) verlaufenden Teile der Arbeitsfluidleitungen (818, 820) durch einen Wärmetauscher (828) ther¬ misch miteinander gekoppelt.A first working fluid line (818) connects connections (810a, 812d) at the opposite, "outer" ends of the cylinders of the units (810) and (812) as well as connections (814b, 816a) at the "inner" ends facing each other the cylinder of the units (814) or (816). In a corresponding manner, a second working fluid line connects device (820) connections (810b, 812a) on the opposite, "inner" ends of the units (810, 812) and connections ( 814a, 816b ) on the opposite, "outer" ends of the units (814) and ( 816). The parts of the lines ( 818, 820) connecting the connections (810a) and (812b) and the connections (810b) and (812a) are thermally coupled to one another by a heat exchanger (826). In a corresponding manner, the parts of the working fluid lines (818, 820) running between the connections (814b) and (816a) and the connections (814a) and (816b) are thermally coupled to one another by a heat exchanger (828).
Die durch die Leitung (818) verbundenen Arbeitsräume in den Zylindern der Einheiten (810) bis (816) bilden ein erstes Arbeitsmittelsystem. Die durch die Leitung (820) verbundenen Arbeitsräume in den Zylindern der Einheiten (810) bis (816) bilden ein zweites, fluidmäßig vom ersten getrenntes Arbeitsfluidsystem. In den beiden Systemen laufen zwei verschiedene, gegeneinander um 360 Kurbelwellendrehung versetzte thermodynamische Prozesse ab, zu deren Durchlaufen jeweils eine Kurbel¬ wellendrehung von 720 erforderlich ist. Die vom Arbeitsfluid, z. B. einem Gas, wie Helium, des ersten Systems eingenommenen Arbeitsräume sind in Fig. 11 punktiert dargestellt. Die vom Arbeitsfluid des anderen Systems eingenommenen Arbeitsräume sind in Fig. 11 weiss dargestellt. Die Kolben sind schräg schraffiert.The work spaces in the cylinders of units (810) to (816) connected by line (818) form a first work equipment system. The working spaces connected by the line (820) in the cylinders of the units (810) to (816) form a second working fluid system that is fluidly separated from the first. In the two systems, two different thermodynamic processes, offset by 360 crankshaft rotation, take place, each of which requires a crankshaft rotation of 720 to pass through. The working fluid, e.g. B. a gas such as helium, the first system occupied work spaces are shown in dotted lines in Fig. 11. The working spaces occupied by the working fluid of the other system are shown in white in FIG. 11. The pistons are hatched at an angle.
Die Kolben führen vorzugsweise intermittierende Bewegungen aus, d.h. daß sie jeweils während einer Kurbelwellendrehung von 90 einen Hub ausführen und während der nächsten 90 Kurbelwellendrehung in der am Ende der vorangegangenen Hubbewegung erreichten Extremstellung im Zy¬ linder verharren, wobei sich die Kolben des einen Paares von Einheiten (810, 812) jeweils bewegen, während die Kolben des anderen Paares von Einheiten (814, 816) ruhen und umgekehrt. Wenn man eine gewisse Verringerung des Wirkungsgrades in Kauf nimmt, kann man auch mit einer sinusförmigen Hubbewegung der Kolben arbeiten. In dem in Fig. 11a dargestellten Zustand befinden sich die Kolben der Einheiten (810) und (812) in der Mitte ihres Aufwärtshubes, wobei heißes Arbeitsfluid des der Leitung (818) zugeordneten ersten Systems (System A punktierte Arbeitsräume, ausgezogene Prozeß-Kurve in Fig. 12) in den unteren Teil der sich auf dem mittleren Temperaturniveau (M,.) befindenden Einheit (812) verdrängt wird. Gleichzeitig wird auf mittlerer Temperatur befindliches Arbeitsfluid des der Leitung (820) zugeordneten Systems (System B weiße Arbeitsräume, gestrichelte Prozeßkurve in Fig. 12) aus dem oberen Teil der Einheit (812) in den unteren Teil der "heißen" Einheit (810) verdrängt. Die verdrängten Arbeitsfluide der beiden Systeme tauschen dabei Wärme im Wärmetauscher (826) aus. Wegen der Temperaturerniedrigung sinkt der Druck im System (A), wie die Kurve in Fig. 12 zwischen -90 und +90 zeigt.The pistons preferably carry out intermittent movements, that is to say that they each execute a stroke during a crankshaft rotation of 90 and remain in the cylinder in the extreme position reached at the end of the previous stroke movement during the next 90 crankshaft rotation, the pistons of the one pair of units ( 810, 812) each move while the pistons of the other pair of units (814, 816) are at rest and vice versa. If you accept a certain reduction in efficiency, you can also work with a sinusoidal stroke movement of the pistons. In the state shown in Fig. 11a, the pistons of units (810) and ( 812) are in the middle of their upward stroke, with hot working fluid of the first system (system A, dotted work spaces, extended process curve in Fig. 11) associated with line (818) Fig. 12) is displaced into the lower part of the unit (812) located at the medium temperature level (M,.). At the same time, medium-temperature working fluid of the system assigned to the line (820) (system B, white working spaces, dashed process curve in FIG. 12) is displaced from the upper part of the unit ( 812) into the lower part of the "hot" unit (810) . The displaced working fluids of the two systems exchange heat in the heat exchanger (826). Because of the lowering of the temperature, the pressure in the system (A) drops, as the curve in FIG. 12 shows between -90 and +90.
Bei 90° (Fig. 11b) haben die Kolben ihre Extremlage erreicht.At 90 ° (Fig. 11b) the pistons have reached their extreme position.
Im Breich von 90° bis 270° ruhen die Kolben in den Einheiten (810) und (812) während die Kolben in den Einheiten (814) und (816) eine Hubbewe¬ gung nach oben durchführen (Fig. 11b bis Fig. 11d). Das kalte Arbeits¬ fluid des Systems (A) wird dabei aus der "kalten" Einheit (816) in die sich auf einen mittleren Temperaturniveau (M?) befindende Einheit (814) verdrängt. Hierdurch steigt der Druck im System (A) an, wie die Kurve in Fig. 12 zwischen 90° und 270° zeigt, der Temperaturanstieg ist jedoch wegen des relativ geringen Temperaturunterschiedes zwischen den Temperaturniveaus der Einheiten (816) und (814) verhältnismäßig klein. Gleichzeitig wird das Arbeitsfluid des Systems (B) aus der Einheit (814) in die Einheit (816) verdrängt.The pistons in the units (810) and (812) rest in the range from 90 ° to 270 °, while the pistons in the units (814) and (816) carry out an upward stroke movement (FIGS. 11b to 11d). . The cold working fluid of the system (A) is displaced from the "cold" unit (816) into the unit (814) located at an average temperature level (M ? ). As a result, the pressure in system (A) increases, as the curve in FIG. 12 shows between 90 ° and 270 °, but the temperature rise is relatively small because of the relatively small temperature difference between the temperature levels of units (816) and (814). At the same time, the working fluid of the system (B) is displaced from the unit ( 814 ) into the unit (816).
Im Bereich von 270 bis 450 bewegen sich die Kolben der Einheiten (810) nach unten (Fig. 11e), so daß das auf mittlerer Temperatur befindliche Arbeitsfluid aus der Einheit (812) in die sich auf hoher Temperatur befindliche Arbeitseinheit (810) verdrängt wird. Gleichzei¬ tig wird heißes Arbeitsfluid des Systems (B) aus der Einheit (812) in die Einheit (810) verdrängt. Auch hier findet wiederum ein Wärmetausch im Wärmetauscher (826) statt. Die Kolben in den Einheiten (814) und (816) ruhen zwischen 270 und 450° (Fig. 11d bis 11f). Im Bereich zwischen 450 und 630° der Kurbelwellendrehung ruhen die Kol¬ ben in den Einheiten (810) und (812) während die Kolben der Einheiten (814) und (816) nach oben bewegen (Fig. 11f bis 11h). Im Bereich zwi¬ schen 630° bis 90° des nächsten Zyklus bewegen sich dann die Kolben der Einheiten (810) und (812) wieder nach oben, während die Kolben in den Einheiten (814) und (816) ruhen. Die dabei ablaufenden Verdrängungs-, Erwärmungs- und Abkühlungsvorgänge dürften keiner weiteren Erläuterung bedürfen.In the range from 270 to 450, the pistons of the units (810) move downward (FIG. 11e), so that the working fluid at medium temperature is displaced from the unit (812) into the working unit (810) which is at a high temperature . At the same time, hot working fluid of the system (B) is displaced from the unit ( 812 ) into the unit (810). Here, too, heat is exchanged in the heat exchanger (826). The pistons in units ( 814 ) and ( 816 ) rest between 270 and 450 ° (FIGS. 11d to 11f). The pistons in the units (810) and (812) rest in the range between 450 and 630 ° of the crankshaft rotation, while the pistons of the units (814) and (816) move upwards (FIGS. 11f to 11h). In the range between 630 ° to 90 ° of the next cycle, the pistons of units (810) and (812) then move upwards again, while the pistons in units (814) and (816) are at rest. The displacement, heating and cooling processes taking place should not require any further explanation.
Zum Antrieb eine Paares miteinander gekoppelter Kolben zweier Einheiten kann man vorteilhafterweise eine Getriebeeinheit verwenden, wie 'sie in Fig. 13 dargestellt ist. Diese Getπ'ebeeinheit enthält eine Nockenscheibe (910), deren Umfangsflache zwei zu ihrer Achse konzen¬ trische Kreisflächen (312, 314) aufweist, die zwei einander entgegenge¬ setzte Quadranten einnehmen und durch zwei verlaufende Abschnitte (316, 318) verbunden sind. Die Kurvenscheibe (310) sitzt auf einer angetrie¬ benen Welle (320). An radial entgegengesetzten Punkten der Nockenschei¬ be (910) greifen zwei Abnahmeglieder (322) an, die aus drehbar gelagerten Rollen bestehen und in einem ringförmigen Körper (324) sitzen, der an diametral entgegengesetzten Stellen mit jeweils einer Kolbenstange (326, 328) verbunden ist, die die Kolben zweier zusammen¬ gehöriger Einheiten, also z. B. (810, 812 bzw. 814, 816), steuert. Die Nockenscheiben der Antriebsvorrichtungen für die Einheiten-Paare (810, 812) bzw. (814) sind um 90 gegeneinander versetzt.For driving a pair of mutually coupled pistons and two units it is advantageous to use a gear unit, as' shown in Fig. 13. This Getπ ' ebeeinheit contains a cam (910), the circumferential surface of two concentric to its axis circular surfaces ( 312, 314), which occupy two opposite quadrants and are connected by two extending sections (316, 318). The cam disc (310) sits on a driven shaft (320). At radially opposite points of the cam disc (910), two removal members (322) engage, which consist of rotatably mounted rollers and are seated in an annular body (324), which is connected at diametrically opposite points to a piston rod ( 326, 328) is the piston of two related units, z. B. (810, 812 or 814, 816) controls. The cam disks of the drive devices for the unit pairs (810, 812) and (814) are offset by 90 from one another.
Wenn die Kolben in der anhand von Fig. 11 beschriebenen Weise angetrie¬ ben werden, arbeitet die Einrichtung gemäß Fig. 11 als Wärmepumpe bzw. Kältemaschine. Der Einheit (810) wird Wärme relativ hoher Temperatur zugeführt, die Einheit (816) nimmt Wärme relativ niedriger Temperatur auf (Kühlwärme oder hochzupumpende Wärme). Die Einheiten (812, 814) geben Wärme mittlerer Temperatur ab (Heizwärme oder Abwärme).If the pistons are driven in the manner described with reference to FIG. 11, the device according to FIG. 11 operates as a heat pump or refrigeration machine. The unit (810) is supplied with heat of a relatively high temperature, the unit (816) absorbs heat of a relatively low temperature ( cooling heat or heat to be pumped up). The units (812, 814) emit medium-temperature heat (heating or waste heat).
Kehrt man die Richtung der Wärmeströme und der Arbeitsmittelströme z. B. durch entsprechende Umkehrung der Antriebsrichtung der einzelnen Einheiten um, so arbeitet die Einrichtung gemäß Fig. 11 als Wärmetrans¬ formator, d.h. die Einheiten (812, 814) nehmen Wärme in einem mittleren Temperaturniveau auf, die Einheit (810) gibt "hochtransformierte" Netzwärme höherer Temperatur ab, während von der Einheit (816) Abwärme relativ niedriger Temperatur abgeführt werden muß.Reversing the direction of the heat flows and the flows of working fluid z. B. by appropriate reversal of the drive direction of the individual 11, the device according to FIG. 11 works as a heat transformer, ie the units (812, 814) absorb heat at a medium temperature level, the unit ( 810 ) emits "highly transformed" network heat of a higher temperature, while from the unit (816) Relatively low temperature waste heat must be removed.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 11 kann analog zu Fig. 7 ebenfalls durch eine Rotationsmaschine ergänzt werden, die dann z. B. zwischen die Anschlüsse (810a) und (816b) geschaltet wird. Auch die Ausführun¬ gen, die in Verbindung mit Tabelle I und II gemacht werden, gelten ent¬ sprechend.The embodiment according to FIG. 11 can also be supplemented by a rotary machine analogous to FIG. B. between the connections (810a) and (816b). The statements made in connection with Tables I and II also apply accordingly.
In Fig. 14 ist eine Fig. 7 entsprechende Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die zur Erzeugung mechanischer Arbeit verwendet werden kann. Die Einrichtung gemäß Fig. 14, die in den Figuren 14a bis 14c in vier verschiedenen Phasen ihres Arbeitszyklus dargestellt ist, enthält eine erste Hubkolbenmaschineneinheit (910) und eine zweite Hubkolben- maschineneinheit (912). Die Einheit (910) enthält einen Kolben (K1), der mit dem Gehäuse der Einheit zwei Arbeitsräume bildet, die auf einem verhältnismäßig hohen Temperaturniveau (H) arbeiten. Die zweite Einheit (912) enthält einen Kolben (K2), der mit dem Gehäuse dieser Maschine ebenfalls zwei Arbeitsräume bildet, die jedoch auf einer verhältnis¬ mäßig niedrigen Temperatur (L) arbeiten. Die Kolben (K1 und K2) sind mechanisch miteinander gekoppelt, so daß sie sich synchron jeweils auf ein erstes (in Fig. 14 oberes) Ende des zugehörigen Gehäuses oder auf ein zweites (in Fig. 14 unteres) Ende des zugehörigen Gehäuses hin bewegen. Die Antriebsvorrichtung kann so ausgebildet sein, wie es anhand von Fig. 13 erläutert wurde, man kann jedoch auch mit einer simusförmigen oder anderen Hubbewegung arbeiten.FIG. 14 shows an embodiment of the invention corresponding to FIG. 7, which can be used to generate mechanical work. The device according to FIG. 14, which is shown in FIGS. 14a to 14c in four different phases of its working cycle, contains a first reciprocating piston engine unit (910) and a second reciprocating piston engine unit (912). The unit (910) contains a piston (K1), which forms two working spaces with the housing of the unit, which work at a relatively high temperature level (H). The second unit (912) contains a piston (K2), which also forms two working spaces with the housing of this machine, but which work at a relatively low temperature (L). The pistons (K1 and K2) are mechanically coupled to one another so that they each move synchronously towards a first (upper in FIG. 14) end of the associated housing or a second (lower in FIG. 14) end of the associated housing. The drive device can be designed as was explained with reference to FIG. 13, but one can also work with a simus-shaped or other lifting movement.
Das obere, erste Ende der ersten Einheit (910) ist über einen Anschluß (910aa) und eine Arbeitsfluidleitung (921) mit einem Anschluß (912ba) am zweiten, unteren Ende der Einheit (912) verbunden. Ferner ist das zweite, untere Ende der Einheit (910 ) über einen Anschluß (910ba) über eine Arbeitsfluidlei tunjg (923) mit einem Anschluß (912aa) am ersten, oberen Ende der Einheit (912) verbunden. Die Leitungen (921, 923) können durch einen Wärmetauscher (926) thermisch miteinander gekoppelt sein.The upper, first end of the first unit (910) via a connection (910aa) and a working fluid conduit (921) with a connection (912ba) connected to the second, lower end of the unit (912). Furthermore, the second, lower end of the unit (910) is connected via a connection (910ba) via a working fluid line tunjg (923) to a connection (912aa) at the first, upper end of the unit (912). The lines (921, 923) can be thermally coupled to one another by a heat exchanger (926).
Ferner ist das erste Ende der ersten Einheit (910) über einen Anschluß (910ab) und eine dritte ArbeitsfLuidleitung (917), die eine Arbeitsma¬ schine, wie eine Expansionsmaschine, z. B. eine Turbine (931) enthält, mit einem Anschluß (912ba) am ersten Ende der Einheit (912) verbunden und/oder das zweite, untere Ende der ersten Einheit (910 ) ist über einen Anschluß (910bb) und ein Arbeitsfluidleitung (919), die eine zweite Arbeitsmaschine, wie eine Expansionsmaschine, z. B. eine Turbine (933) enthält, mit einem Anschluß (912bb) am zweiten Ende der Einheit (912) gekoppelt . Den Turbinen kann Wellenleistung entommen werden, d.h. die Einrichtung gemäß Fig. 14 kann als Motor dienen. Im übrigen gelten die Ausführungen, die bezüglich Fig. 7 gemacht worden sind.Furthermore, the first end of the first unit (910) via a connection (910ab) and a third ArbeitsfLuidleitung (917) which a work machine, such as an expansion machine, for. B. contains a turbine (931), with a connection (912ba) at the first end of the unit (912) and / or the second, lower end of the first unit (910) is via a connection (910bb) and a working fluid line (919 ) that a second machine, such as an expansion machine, e.g. B. contains a turbine (933), coupled to a connection (912bb) at the second end of the unit (912). Shaft power can be extracted from the turbines, i.e. 14 can serve as a motor. For the rest, the statements made with regard to FIG. 7 apply.
Durch Aneinanderreihen mehrerer, phas.enverschoben verarbeitender Ein¬ richtungen gemäß Fig. 14 Läßt sich gewünschtenfalLs ein gleichmäßige¬ rer Lauf erreichen. Die entsprechenden Turbinen der gekoppelten, pha¬ senverschoben arbeitenden Einrichtungen können dann auf einer gemeinsa¬ men Welle sitzen. By arranging several devices with a phase-shifted processing according to FIG. 14, a smooth run can be achieved if desired. The corresponding turbines of the coupled, phase-shifting devices can then sit on a common shaft.

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Einrichtung zum Nutzbarmachen von Wärmeenergie, bei welcher in einem ersten Teil eines Arbeitszyklus ein WärmeträgerfLuid aus einem ersten Raum in einen zweiten Raum, in dem eine höhere Temperatur herrscht als im ersten, verdrängt wird und das WärmeträgerfLuid in einem zweiten Teil' des Arbeitszyklus wieder vom zweiten Raum zurück in den ersten verdrängt wird, wobei dem WärmeträgerfLuid beim Übergang vom ersten in den zweiten Raum Wärmeenergie zugeführt und beim Übergang vom zweiten in den ersten Raum Wärmeenergie entzogen wird, und bei welcher die Räume durch volumenveränderliche Arbeitsräume von miteinander gekoppel¬ ten Kolbenmaschineneinheiten (10, 12, 14, 16) gebildet werden, die jeweils ein Gehäuse sowie einen in diesem beweglichen Kolben (24 oder (25) aufweisen und durch Fluidleitungen (18, 20, 22, 24) so miteinander verbunden sind, daß das Arbeitsfluid aus einem sich verkleinernden Arbeitsraum relativ hohen Temperaturniveaus durch eine erste Leitung in einen sich vergrößernden Arbeitsraum niedrigen Temperaturniveaus verdrängt wird und gleichzeitig Arbeitsfluid aus einem sich verklei¬ nernden Arbeitsraum niedrigen Temperaturniveaus durch eine zweite Leitung in einen sich vergrößernden Arbeitsraum höheren Temperaturni¬ veaus verdrängt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse jeder Kolbenmaschineneinheit überall auf im wesentlichen dem gleichen Temperaturniveau arbeiten und mit dem Kolben jeweils mindestens zwei Arbeitsräume bildet, in denen im wesentlichen das gleiche Temperatur¬ niveau herrscht.1. A device for harnessing thermal energy, in which in a first part of a duty cycle of a heat transfer fluid from a first space to a second space in which the temperature is higher than the first, is displaced and the heat transfer fluid in a second part 'of the working cycle again is displaced from the second room back into the first, thermal energy being supplied to the heat transfer fluid during the transition from the first to the second room and thermal energy being withdrawn during the transition from the second to the first room, and in which the rooms are changed by volume-variable working rooms of coupled piston engine units ( 10, 12, 14, 16) are formed, each having a housing and a piston (24 or (25) movable therein) and are connected to one another by fluid lines (18, 20, 22, 24) in such a way that the working fluid a shrinking work space of relatively high temperature levels through a first line i n an expanding working space of low temperature level is displaced and at the same time working fluid is displaced from a reducing working space of low temperature level through a second line into an increasing working space of higher temperature levels, characterized in that the housing of each piston engine unit is essentially everywhere work at the same temperature level and each form at least two working spaces with the piston, in which there is essentially the same temperature level.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenmaschineneinheiten Rotationsmaschineneinheiten sind. 2. Device according to claim 1, characterized in that the piston machine units are rotary machine units.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsmaschineneinheiten jeweils ein Gehäuse mit einer im wesentli¬ chen zylindrischen Rotorkammer und einen in dieser drehbar angeordne¬ ten, im wesentlichen zylindrischen Rotor enthalten; daß der Rotor mindestens ein Paar diametraler, bezüglich des Gehäuses abdichtender Elemente oder Messer (13) enthält, daß mindestens eine bezüglich des Gehäuses stationäre Abdichtung (11) zwischen Gehäuse und Rotor vorgesehen ist; daß die Rotorkammer mindestens ein Tripel von Anschlüssen (10a, 10b, 10c) für ArbeitsfLuid-Leitungen aufweist, von denen der erste (10a) von jeder benachbarten gehäusefesten Abdichtung3. Device according to claim 2, characterized in that the rotary machine units each contain a housing with a substantially cylindrical rotor chamber and a rotatably arranged in this substantially cylindrical rotor; that the rotor contains at least one pair of diametrical elements or knives (13) which seal with respect to the housing, that at least one seal (11) which is stationary with respect to the housing is provided between the housing and the rotor; that the rotor chamber has at least one triple of connections (10a, 10b, 10c) for working fluid lines, the first (10a) of each adjacent housing-fixed seal
(11) einen Winkelabstand hat, der gleich 180 geteilt durch die Anzahl der Abdichtungen ist und daß der zweite und der dritte Anschluß (10b), (10c) bei vorgegebener Rotordrehrichtung unmittelbar vor bzw. unmittel¬ bar hinter einer zugehörigen gehäusefesten Abdichtung (11) Liegt.(11) has an angular distance that is equal to 180 divided by the number of seals and that the second and third connections (10b), (10c) for a given direction of rotor rotation immediately before or immediately behind an associated housing-fixed seal (11) Lies.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vier Rotationsmaschineneinheiten (11, 12, 14, 16) vorgesehen sind, daß der erste Anschluß (10a) der ersten Einheit (10) durch eine sich verzweigende ArbeitsfLuid-Leitung (18) mit dem zweiten Anschluß (14b) der dritten Einheit (14) und dem dritten Anschluß (16c) der vierten Einheit verbunden ist; daß der erste Anschluß (12a) der zweiten Einheit4. Device according to claim 3, characterized in that four rotary machine units (11, 12, 14, 16) are provided that the first connection (10a) of the first unit (10) through a branching ArbeitsfLuid line (18) with the the second terminal (14b) of the third unit (14) and the third terminal (16c) of the fourth unit are connected; that the first connector (12a) of the second unit
(12) über eine zweite sich verzweigende ArbeitsfLuid-Leitung (24) mit dem zweiten Anschluß (16b) der vierten Einheit (16) sowie dem dritten Anschluß (14c) der dritten Einheit (14) verbunden ist; daß der erste Anschluß (14a) der dritten Einheit (14) über eine dritte ArbeitsfLuid- Leitung (22) mit dem zweiten Anschluß (12b) der zweiten Einheit (12) und dem dritten Anschluß (10c) der ersten Einheit (10) verbunden ist; und daß der erste Anschluß (16a) der vierten Einheit (16) über eine vierte ArbeitsfLuid-Leitung (20) mit dem zweiten Anschluß (10b) der ersten Einheit (10) sowie dem dritten Anschluß (12c) der zweiten Einheit (12) verbunden ist.(12) is connected to the second connection (16b) of the fourth unit (16) and the third connection (14c) of the third unit (14) via a second branching working fluid line (24); that the first connection (14a) of the third unit (14) is connected via a third working fluid line (22) to the second connection (12b) of the second unit (12) and the third connection (10c) of the first unit (10) ; and that the first connection (16a) of the fourth unit (16 ) is connected via a fourth working fluid line (20) to the second connection (10b) of the first unit (10) and the third connection (12c) of the second unit (12) is.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der den ersten Anschluß (10a) der ersten Einheit (10) benachbarte Teil der ersten Leitung (18) sowie die dem zweiten und dritten Anschluß (10b), (10c) der ersten Einheit (10) benachbarten Teile der dritten und vierten Leitung (22), (20) durch einen ersten Wärmetauscher (26) thermisch miteinander gekoppelt sind und daß der dem ersten Anschluß der vierten Einheit (16) benachbarte Teil der vierten Leitung sowie die dem zweiten und dem dritten Anschluß (16b), (16c) dieser Einheit benachbarten Teile der ersten und zweiten Leitung (18), (24) durch einen zweiten Wärmetauscher (28) thermisch miteinander gekoppelt sind, daß der der dritten und vierten Einheit (14), (16) benachbarte Teil der ersten Leitung (18) und der dem ersten Anschluß (12a) der zweiten Einheit (12) benachbarte Teil der zweiten Leitung (24) durch einen Wärmetauscher (30) thermisch miteinander gekoppelt sind, daß der dritten Einheit (14) benachbarte Teil der dritten Leitung (22) und der der ersten und zweiten Einheit (10), (12) benachbarte Teil der vierten Leitung (20) durch einen Wärmetauscher (32) thermisch miteinander gekoppelt sind.5. Device according to claim 4, characterized in that the part of the first line (18) adjacent to the first connection ( 10a) of the first unit (10) and that of the second and third connection (10b), ( 10c) of the first unit ( 10) neighboring parts of the third and fourth line ( 22), (20) are thermally coupled to one another by a first heat exchanger ( 26 ) and in that the part of the fourth line adjacent to the first connection of the fourth unit (16) and that to the second and third connection ( 16b), ( 16c ) parts of the first and second lines (18), (24) adjacent to this unit are thermally coupled to one another by a second heat exchanger (28) such that the parts of the first line (14), (16) adjacent to the third and fourth units (14) 18) and the part of the second line (24) adjacent to the first connection (12a) of the second unit (12) are thermally coupled to one another by a heat exchanger (30) such that the part of the third line (22) adjacent to the third unit (14) and are the first and second unit (10), (12) adjacent part of the fourth line (20) coupled by a heat exchanger (32) thermally to each other.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich¬ net, daß in dem dem ersten Anschluß (10a) der ersten Einheit (10) benachbarten Teil der ersten Leitung (18) und/oder in dem dem ersten Anschluß (16a) der vierten Einheit (16) benachbarten Teil der vierten Leitung (20) eine Arbeitsmaschine in Form einer Arbeit aufnehmenden Kompressionsmaschine oder Arbeit leistenden Expansionsmaschine angeord¬ net ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized gekennzeich¬ net that in the first connection (10a) of the first unit (10) adjacent part of the first line (18) and / or in which the first connection (16a) the fourth unit (16) adjacent part of the fourth line (20) is arranged a work machine in the form of a work-absorbing compression machine or work-performing expansion machine.
7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei auf verschiedenen Temperaturen (Tu) , (T ) arbeitende Rotationsmaschinenein- π L heiten (710), (712) vorgesehen sind; daß der erste Anschluß (710a) der ersten Einheit (710) mit dem ersten Anschluß (712a) der zweiten Einheit (712) über eine Arbeitsmaschine (719) verbunden sind; daß der zweite Anschluß (710b) der ersten Einheit (710) über eine ArbeitsfLuid-Leitung (721) mit dem dritten Anschluß (712) der zweiten Einheit (712) verbunden ist und daß der dritte Anschluß (710c) der ersten Einheit (710) über eine dritte ArbeitsfLuid-Leitung (723) mit dem zweiten Anschluß (712b) der zweiten Einheit (712) verbunden ist. 7. Device according to claim 3, characterized in that two at different temperatures (T u ), (T) working Rotationsmaschinenein- π L units (710), (712) are provided; that the first connector (710a) of the first unit (710) is connected to the first connector (712a) of the second unit ( 712) via a work machine (719); that the second terminal (710b) of the first unit (710) is connected through a working fluid conduit (721) to the third terminal (712) of the second unit (712) and that the third terminal (710c) of the first unit (710) is connected to the second connection ( 712b) of the second unit (712) via a third working fluid line (723).
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie vier Hubkolbenmaschineneinheiten (810, 812, 814, 816) enthält, die jeweils ein Gehäuse und einen in diesem verschiebbaren Hubkolben, der mit dem Gehäuse zwei Arbeitsräume bildet, aufweisen; daß jedes Gehäuse einen zum ersten Arbeitsraum führenden ersten Arbeitsfluidleitungs-Anschluß (810a, 812a, 814a bzw. 816a) und einem zum zweiten Arbeitsraum führenden zweiten ArbeitsfLuidleitungs-Anschluß (810b, 812b, 814b bzw. 816b) aufweist; daß die Kolben eines ersten Paares (810, 812) der Einheiten miteinander mechanisch so gekoppelt sind, daß sie sich jeweils synchron in Richtung auf den jeweiligen ersten Arbeitsfluid¬ leitungs-Anschluß oder zweiten Arbeitsfluidleitungs-Anschluß bewegen; daß das zweite Paar (814, 816) der Einheiten miteinander mechanisch so gekoppelt sind, daß sie sich jeweils synchron in Richtung auf den jeweiligen ersten Arbeitsfluidleitungs-Anschluß oder zweiten Arbeits- fluidleitungs-Anschluß bewegen; daß der erste ArbeitsfLuidleitungs- Anschluß (810a) der ersten Einheit (810), der zweite ArbeitsfLuidlei¬ tungs-Anschluß (812b) der zweiten Einheit (812), der zweite Fluidlei- tungs-Anschluß (814b) der dritten Einheit (814) und der erste Arbeitsfluidleitungs-Anschluß (816a) der vierten Einheit (816) durch eine erste Arbeitsfluidleitung (818) miteinander verbunden sind und daß die verbleibenden Arbeitsfluidleitungs-Anschlüsse (810b, 812a, 814a, 816b) der Einheiten (810, 812, 814, 816) durch" eine zweite Arbeits- fluidleitung (820) miteinander verbunden sind.8. Device according to claim 1, characterized in that it contains four reciprocating piston machine units (810, 812, 814, 816), each having a housing and a displaceable in this piston, which forms two working spaces with the housing; that each housing has a first working fluid line connection (810a, 812a, 814a or 816a) leading to the first working space and a second working fluid line connection (810b, 812b, 814b or 816b) leading to the second working space; that the pistons of a first pair (810, 812) of the units are mechanically coupled to one another such that they each move synchronously in the direction of the respective first working fluid line connection or second working fluid line connection; in that the second pair (814, 816) of the units are mechanically coupled to one another so that they each move synchronously in the direction of the respective first working fluid line connection or second working fluid line connection; that the first working fluid line connection (810a) of the first unit (810), the second working fluid line connection (812b) of the second unit (812), the second fluid line connection (814b) of the third unit (814) and the first working fluid line connection (816a) of the fourth unit (816) are connected to one another by a first working fluid line (818) and that the remaining working fluid line connections (810b, 812a, 814a, 816b) of the units (810, 812, 814, 816 ) by "a second working fluid conduit (820) are connected together.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Arbeitsfluidleitungen (818, 820), welche die Anschlüsse (810a, 812b; 810b, 812a bzw. 814a, 816b; 814b, 816a) eines Paares von Einheiten (810, 812; 814, 816), deren Kolben miteinander gekoppelt sind, verbinden, jeweils durch einen Wärmetauscher (826, 828) miteinan¬ der gekoppelt sind. 9. Device according to claim 8, characterized in that the parts of the working fluid lines (818, 820) which the connections (810a, 812b; 810b, 812a or 814a, 816b; 814b, 816a) of a pair of units (810, 812 ; 814, 816), the pistons of which are coupled to one another, are each coupled to one another by a heat exchanger (826, 828).
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4, 5, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Einheit (10, 810) Wärmeenergie relativ hoher Temperatur (T4, H) entnehmbar ist; daß der zweiten und der dritten Einheit (12, 812; 14, 814) Wärmeenergie in einem mittleren Temperaturbereich (T3, M..; T2, M-) zuführbar ist und daß von der vierten Einheit (16, 816) Wärmeenergie relativ niedriger Temperatur (T1, L) abnehmbar ist, so daß die Einrichtung als Wärmetransformator arbeitet.10. Device according to one of claims 4, 5, 8 or 9, characterized in that the first unit (10, 810) thermal energy of relatively high temperature (T4, H) can be removed; that the second and third units (12, 812; 14, 814) thermal energy in a medium temperature range (T3, M ..; T2, M-) can be supplied and that of the fourth unit (16, 816) thermal energy of relatively low temperature (T1, L) is removable, so that the device works as a heat transformer.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4, 5, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betrieb der Einrichtung als Wärmepumpentrans¬ formator vier sukzessive niedrigere Temperaturniveaus (T4, H; T3, M,; T2, M2 bzw. T1, L) vorgesehen sind; daß der ersten Einheit (10, 810) Wärmeenergie der zweitobersten Temperatur (T2, H) zuführbar ist; der zweiten Einheit (12, 812) Wärmeenergie der höchsten Temperatur (T4, H) entnehmbar ist; der dritten Einheit (14, 814) Wärmeenergie der dritthöchsten Temperatur (T2, M?) zuführbar ist und der vierten Einheit (16, 816) Wärmeenergie der niedrigsten Temperatur (T1, L) entnehmbar ist.11. Device according to one of claims 4, 5, 8 or 9, characterized in that for operating the device as a heat pump transformer four successively lower temperature levels (T4, H; T3, M ,; T2, M 2 or T1, L ) are provided; that the first unit (10, 810) can be supplied with thermal energy at the second uppermost temperature (T2, H); thermal energy of the highest temperature (T4, H) can be taken from the second unit (12, 812); thermal energy of the third highest temperature (T2, M ? ) can be supplied to the third unit (14, 814) and thermal energy of the lowest temperature (T1, L) can be extracted from the fourth unit (16, 816).
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4, 5, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betrieb der Einrichtung als Wärmepumpentrans¬ formator sukzessive niedrigere Temperaturniveaus (T4, H; T3, M.; T2, M_ bzw. T1, L) vorgesehen sind; daß der ersten Einheit (10, 810) Wärmeenergie der höchsten Temperatur (T4, H) entnehmbar ist; daß der zweiten Einheit (12, 812) Wärmeenergie des zweiten Temperaturniveaus (T3, M_.) zuführbar ist; der dritten Einheit (14, 814) Wärmeenergie des niedrigsten Temperaturniveaus (T1 , L) entnehmbar ist und der vierten Einheit (16, 816) Wärmeenergie des dritthöchsten Temperaturniveaus (T2, M_) zuführbar ist. 12. Device according to one of claims 4, 5, 8 or 9, characterized in that successively lower temperature levels (T4, H; T3, M .; T2, M_ or T1, L) are provided for operating the device as a heat pump transformer are; that the first unit (10, 810) thermal energy of the highest temperature (T4, H) can be removed; that the second unit (12, 812) thermal energy of the second temperature level (T3, M_.) can be supplied; thermal energy of the lowest temperature level (T1, L) can be taken from the third unit (14, 814) and thermal energy of the third highest temperature level ( T2, M_) can be supplied to the fourth unit (16, 816).
13. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine auf einem relativ hohen Temperaturniveau (H) arbeitende erste Hubkol- benmaschineneinheit (110) mit einem ersten Kolben sowie eine auf einem relativ niedrigen Temperaturniveau (L) arbeitende zweite Hubkolbenma- schineneinheit (912) mit einem zweiten Kolben enthält; daß die Kolben mechanisch miteinander gekoppelt sind, so daß sie sich beide gleichzei¬ tig jeweils auf ein erstes bzw. zweites Ende des zugehörigen Gehäuses bewegen; daß das erste Ende des Gehäuses der ersten Einheit (910) durch eine, erste Arbeitsfluidleitung (921) mit dem zweiten Ende der zweiten Einheit (912) verbunden ist; daß das zweite Ende der ersten Einheit (910) über eine zweite Arbeitsfluidleitung (923) mit dem ersten Ende der zweiten Einheit (912) verbunden ist und daß das erste Ende der ersten Einheit (910) mit dem ersten Ende der zweiten Einheit (912) durch eine dritte Arbeitsfluidleitung (917), die eine Arbeitsmaschine (931) enthält, verbunden ist und/oder das zweite Ende der ersten Einheit (910) mit dem zweiten Ende der zweiten Einheit (912) durch eine vierte Fluidleitung (919) verbunden ist, welche eine Arbeitsmaschine (933) enthält. 13. Device according to claim 1, characterized in that it comprises a first reciprocating piston engine unit (110) working at a relatively high temperature level (H) with a first piston and a second reciprocating piston engine unit (912 ) working at a relatively low temperature level ( L ) ) with a second piston; that the pistons are mechanically coupled to one another so that they both simultaneously move to a first and a second end of the associated housing; that the first end of the housing of the first unit (910) is connected to the second end of the second unit (912) by a first working fluid line (921); that the second end of the first unit (910) is connected to the first end of the second unit (912) via a second working fluid line (923) and that the first end of the first unit (910) is connected to the first end of the second unit (912) is connected by a third working fluid line (917), which contains a working machine (931), and / or the second end of the first unit (910) is connected to the second end of the second unit (912) by a fourth fluid line (919), which contains a work machine ( 933).
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