JP2589521B2

JP2589521B2 - 熱エネルギ利用装置

Info

Publication number: JP2589521B2
Application number: JP62500787A
Authority: JP
Inventors: シユナイダ−，クリスチアン; ペータードエチユ，ハンス; クラウス，ヘルムート; ヘーフア，ハンス
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-12-23
Filing date: 1986-12-23
Publication date: 1997-03-12
Anticipated expiration: 2012-03-12
Also published as: US4819432A; DE3688076D1; EP0252137B1; WO1987003932A1; EP0252137A1; JPS63502127A; DE3545936A1

Description

【発明の詳細な説明】先願西独特許出願P35 36 710.5明細書中には、熱変換
器（ヒートコンバータ）として動作する熱エネルギ利用
装置が開示されており、この装置は異なる温度にある３
個のチャンバを含む実質的にシリンダ状のハウジングを
有している。ハウジング内には２個の容積移送形再生装
置（Positive dis−placement regenerator）が配置さ
れており、これらは歯車によって交互にあるいは位相変
位によって移動させられる。これは例えば次のａ乃至ｅ
を周期的に反覆するような態様で行なわれる。

ａ）ヘリウムのようなガス状作動流体は、第１の容積移
送手段（positive displacement means）によって、予
め定められた中間温度範囲内のある第１の温度の中間作
動チャンバから上記第１の温度よりも高い温度範囲内に
ある温度のホット作動チャンバに移送されて、熱エネル
ギは移送されたガスに供給される。

ｂ）作動流体は、第２の容積移送形再生装置によって上
記中間作動チャンバから上記第１の温度よりも低温の比
較的低い温度範囲内にある温度のコールド作動チャンバ
に移送されて、熱エネルギは移送された作動流体から取
除かれる。

ｃ）作動流体は、第１の容積移送形再生装置によってホ
ット作動チャンバから中間作動チャンバに移送されて、
熱エネルギは移送された作動流体から取除かれる。

ｄ）作動流体は、第２の容積移送再生手段によって、コ
ールド作動チャンバから中間作動チャンバに移送され
て、熱エネルギは移送された作動流体に供給される。

ｅ）作動流体は、第１および第２の容積移送形再生装置
によってホット作動チャンバからコールド作動チャンバ
に移送されて、熱エネルギは作動流体から取除かれる。

上記西独特許出願明細書に開示された熱変換器は、異
なる温度にある複数の作動チャンバが同じハウジング内
に配置されており、このため作動チャンバが互いに完全
に熱的に絶縁されていないので、熱損失が生じ、効率が
低下する欠点がある。西独特許公告DE−Ａ−32 37 841
公報に開示された技術から熱的に動作するとヒートポン
プは公知である。これは、各々が対応する容積移送ピス
トン（positive displacement piston）を備えた高温お
よび低温の作動シリンダをもった２個のユニットからな
り、その周期的反覆は互いに90゜位相がずれており、一
方２個のユニット中の対応する容積移送ピストンの位相
は互いに180゜ずれている。各ユニットはいずれも外界
からハーメチック・シールされた一定容量を有し、比較
的高温にある熱は双方の高温シリンダに供給され、一方
低温のより多くの熱は低温シリンダに供給され、４個の
すべてのシリンダの廃熱は有効な熱として移動させられ
る。高温シリンダ用として向流熱交換器（countercurre
nt heatexchanger）が設けられており、その２つの配管
系は上側作動チャンバと下側作動チャンバとを接続して
いる。２個の低温シリンダの容積移送手段によって分離
された作動チャンバは、第２の熱交換器の各別の配管系
によって互いに連通している。しかしながら、この場合
もシリンダに沿って温度差が維持されねばならず、その
ため同様に熱絶縁に関する問題が生ずる。

従って、この発明の目的は、各種の作動チャンバの熱
絶縁に関する問題のない上述のような包括的な形式の装
置を提供することにある。

本発明の熱エネルギ利用装置は、動作サイクル全体を
通して作動流体の体積が一定に保たれる閉じた流体回路
と、容積が可変な少なくとも４つの作動空間を形成する
少なくとも２つのピストン・エンジン・ユニットと、少
なくとも４つの作動空間を相互に接続する導管システム
と、ピストン・エンジン・ユニットのピストンを駆動す
る駆動装置と、ピストン・エンジン・ユニットに対して
熱の供給と熱の取出しとを行う装置を具えている。その
駆動装置および導管システムは、互いに連通している作
動空間の容積の和がピストンの運動の期間中一定に保た
れるように構成されている。

また、本発明の熱エネルギ利用装置は、特徴として、
４つのピストン・エンジン・ユニットにそれぞれ第１の
作動空間が設けられており、その熱の供給と取出しとを
行う装置は、各々のピストン・エンジン・ユニットのハ
ウジング全体即ちケーシング全体がそれぞれ均一な温度
レベルを保ち、動作モードに応じて、次の表１に従っ
て、ピストン・エンジン・ユニットに熱エネルギを供給
しまたはピストン・エンジン・ユニットから熱エネルギ
を取出すように構成されている。その第１と第２のピス
トン・エンジン・ユニット（10、12;810、812）のピス
トンは、駆動装置によって同期的にかつ同位相で駆動さ
れて、第１のピストン・エンジン・ユニット（10;810）
の第１の作動空間の容積（接続部10bまたは810aに通じ
ている）と第２のピストン・エンジン・ユニット（12;8
12）の第１の作動空間の容積（接続部12cまたは812bに
通じている）とが互いに逆の関係で共に変化する。その
第３と第４のピストン・エンジン・ユニット（14、16;8
14、816）のピストンは、駆動装置によって同期的にか
つ同位相で駆動され且つ第１または第２のピストン・エ
ンジン・ユニット（10、12;810、812）のピストンに対
してずれた位相関係で駆動されて、第３のピストン・エ
ンジン・ユニット（14;814）の第１の作動空間の容積
（14bまたは814bに通じている）と第４のピストン・エ
ンジン・ユニット（16;816）の第１の作動空間の容積
（16cまたは816aに通じている）とが互いに逆の関係で
共に変化する。動作モードの５乃至８の場合のピストン
は、動作モードの１乃至４の場合の方向とは逆の方向に
駆動される。

但し、表１において、＋はピストン・エンジン・ユニ
ットへの熱エネルギの供給、−はピストン・エンジン・
ユニットからの熱エネルギの取出しを意味する。

本発明発明のの熱エネルギ利用装置は、別の特徴とし
て、２つのピストン・エンジン・ユニットはロータリ・
ピストン・エンジン・ユニット（710、712）であり、こ
のロータリ・ピストン・エンジン・ユニットのハウジン
グのそれぞれは、ほぼ円筒状のロータ・チャンバを形成
していて、回転するように配置されたほぼ円筒状のロー
タをピストンとして含んでいる。そのロータは、ハウジ
ングに対してシールを形成する少なくとも１対の直径方
向の部材と、ロータに対して固定されている少なくとも
１つの固定シールと、作動流体導管が接続される少なく
とも１組の３つの接続部（710a、710b、710c;712a、712
b、712c）とを含んでおり、この３つの接続部の中の第
１の接続部（710a）は、ハウジングに固定された各隣接
シールから180゜をシールの数で除した値に等しい角度
だけ離れた位置にある。その３つの接続部の中の第２と
第３の接続部（710b、710c;712b、712c）は、ロータの
所定の回転方向に対してハウジングに固定された関連す
るシールの直前または直後の位置にある。その熱の供給
と熱の取出しとを行う装置は、各々のロータリ・ピスト
ン・エンジン・ユニットのハウジング全体はそれぞれ均
一な温度レベルを保つように構成されている。第１のロ
ータリ・ピストン・エンジン・ユニット（710）の第１
の接続部（710a）は、圧縮または膨張エンジンを含んで
いる第１の作動流体導管（717）によって第２のロータ
リ・ピストン・エンジン・ユニット（712）の第１の接
続部（712a）に接続されている。第１のロータリ・ピス
トン・エンジン・ユニット（710）の第２の接続部（710
b）は、第２の作動流体導管（721）によって第２のロー
タリ・ピストン・エンジン・ユニット（712）の第３の
接続部（712c）に接続されている。第１のロータリ・ピ
ストン・エンジン・ユニット（710）の第３の接続部（7
10c）は、第３の作動流体導管（723）によって第２のロ
ータリ・ピストン・エンジン・ユニット（712）の第２
の接続部（712b）に接続されている。第１と第２のロー
タリ・ピストン・エンジン・ユニットのロータが駆動装
置によって同期的にかつ同位相で駆動されて、第１のロ
ータリ・ピストン・エンジン・ユニットの第１の作動空
間の容積（接続部710bに通じている）と第２のロータリ
・ピストン・エンジン・ユニット（712）の第１の作動
空間の容積（接続部712cに通じている）とが互いに逆の
関係で共に変化し、第１のロータリ・ピストン・エンジ
ン・ユニット（710）の第２の作動空間の容積（接続部7
10cに通じている）と第２のロータリ・ピストン・エン
ジン・ユニット（712）の第２の作動空間の容積（接続
部712bに通じている）とが互いに逆の関係で共に変化す
る。

本発明の熱エネルギ利用装置は、さらに別の特徴とし
て、ピストン・エンジン・ユニットが往復ピストン・エ
ンジン・ユニット（910、912）であって、この往復ピス
トン・エンジン・ユニットのハウジングのそれぞれが、
ピストン（K1またはK2）を含んでいる作動シリンダを形
成し、第１の端部とこの第１の端部の反対側にある第２
の端部とに作動流体導管（917、919、921、923）が接続
される接続部（910aa、910ab、910ba、910bbまたは910a
a、910ab;910ba、910bb）を有する。その熱の供給と熱
の取出しとを行う装置は、各々の往復ピストン・エンジ
ン・ユニットのハウジング全体がそれぞれ均一な温度レ
ベルを保つように構成されている。その２つの往復ピス
トン・エンジン・ユニット（910、912）のピストン（K
1、K2）は、第１または第２の端部に対して互いに同期
的に動くように、駆動装置によって同期的にかつ同位相
で駆動される。その第１のピストン・エンジン・ユニッ
ト（910）の第１の端部にある接続部（910ab）は、圧縮
または膨張エンジン（919）を含んでいる第１の作動流
体導管によって、第２のピストン・エンジン・ユニット
（912）の第１の端部にある接続部（910ba）に接続され
る。第１のピストン・エンジン・ユニット（910）の第
２の端部にある接続部（910bb）は、圧縮または膨張エ
ンジン（933）を含んでいる第２の作動流体導管（919）
によって、第２のピストン・エンジン・ユニットの第２
の端部にある接続部（912bb）に接続される。第１のピ
ストン・エンジン・ユニット（910）の第１の端部にあ
る接続部（910aa）は、第３の作動流体導管（921）によ
って第２のピストン・エンジン・ユニット（912）の第
２の端部にある接続部（912ba）に接続される。第１の
ピストン・エンジン・ユニットの第２の端部にある接続
部（910ba）は、第４の作動流体導管（923）によって第
２のピストン・エンジン・ユニットの第１の端部にある
接続部（912aa）に接続されている。

この発明は熱変換器を基礎としており、発明の好まし
い実施例においては、その動作サイクルの第１の部分で
は作動流体は第１のチャンバから第２のチャンバへ移送
される。第２のチャンバでは第１のチャンバよりもより
高い温度が使用される。動作サイクルの第２の部分では
作動流体は第２のチャンバから第１のチャンバへ移送さ
れて戻される。このとき第１のチャンバから第２のチャ
ンバへの通路上で熱エネルギは作動流体に供給され、第
２のチャンバから第１のチャンバへの通路上で熱エネル
ギは作動流体から取除かれる。この発明の実施例では、
高い温度にある２つの第１の作動チャンバと、低い温度
にある２つの第２の作動チャンバとが設けられており、
これらは互いに結合され、また互いに離相関係で動作す
るとピストン・エンジン・ユニットの対応する可変容量
作動チャンバによって形成されている。ピストン・エン
ジン・ユニットの作動チャンバは、作動流体が比較的高
い温度で且つ寸法が減少する第１のピストン・エンジン
・ユニットの作動チャンバより第１の導管を通って、比
較的低い温度で且つ寸法が増大する第２のピストン・エ
ンジン・ユニットの作動チャンバへ移送され、また同時
に作動流体が寸法が減少する低い温度の作動チャンバか
ら第２の導管を通って寸法が増大するより高い温度の作
動チャンバへ移送されるような態様で互いに連通してい
る。そして、上記２つの流体の導管は熱交換器を介して
互いに熱的に結合している。この装置は実質的にここで
提案された循環的プロセスでもって動作する。この発明
によるピストン・エンジン・ユニットは、各々どこでも
実質的に同じ温度で動作するハウジングを有し、またハ
ウジングと共に実質的に同じ温度を保つ少なくとも２個
の作動チャンバを形成するロータリあるいはレシプロ・
ピストンを含んでいる。

この発明の好ましい実施例は、４個の同期的に動作す
るピストン・エンジン・ユニットを含み、そのうちの１
個は高い温度で動作し、１個は比較的低い温度で動作
し、２個は中間の温度で動作する。この発明によれば、
ヒートポンプおよび／または熱変換器として動作し、ま
た随意に機械的な仕事を供給および／または消費する装
置を実現することができる。

以下、図を参照してこの発明の具体的な例について説
明する。この説明中でこの発明の他の特徴、利点につい
ても述べる。

第1A図乃至第1H図を含む第１図は、４個の機械的およ
び熱的に結合された熱力学的ガス・サイクル過程をもっ
て動作するロータリ・ピストン熱交換器の形式のこの発
明の第１の実施例の８つの動作位相を概略的に示す図、第２図は上述の熱変換器の幾つかの対応する動作位相
と概略図、第３図は第１図の熱変換器の動作モードの説明で参照
する圧力−時間関係を示す図、第４図は第１図の熱変換器の動作モードの説明で参照
する体積−時間関係を示す図、第5A図乃至第5D図を含む第５図はこの発明の第２の実
施例の第1A図、第1C図、第1E図、第1G図にそれぞれ対応
する動作位相を示す図、第6A図乃至第6H図を含む第６図はこの発明の第３の実
施例の第5A図乃至第5D図に対応する概略説明図、第7A図乃至第7H図を含む第７図は第5A図乃至第5D図に
対応する各種の動作状態において、モータとして使用す
ることのできるこの発明の実施例を示す図、第８図は第７図の説明中で参照する動作ガスマス
（青）、（オレンジ）、（黄）、（赤）、（茶）、
（緑）がロータの１回転中にとる体積のグラフィックな
説明図、第９図は第７図の説明で展開された熱力学過程用の圧
力−体積（ｐ−ｖ）の関係を示す図、第10図は第７図の説明で展開される熱力学過程用の温
度−エントロピー（Ｔ−Ｓ）の関係を示す図、第11a図乃至第11h図を含む第11図は往復ピストン・ユ
ニットと共に動作するこの発明の好ましい実施例の動作
位相を説明する概略図、第12図は第11図による装置の２個の別々の作動流体シ
ステムの一方において呈する圧力をクランク軸の関数と
して示す図、第13図は第11図の装置用の駆動装置の一部を示す図、第14A図乃至第14D図を含む第14図はモータとして使用
することのできるこの発明の実施例の簡略化された図で
ある。

この発明を実施するに当って、シリンダ中にきっちり
と且つ変位可能に支持された往復ピストンを有する往復
ピストン・エンジン・ユニット、および周知の容積ロー
タリ・ピストン・エンジン構成（ロータリ弁エンジンを
含むものと理解すべきである）の双方を使用することが
でき、これらはポンプ、圧縮機等として多くの形態で使
用されているのと同様である。従って、その機械的構成
については、この発明にとって重要な点についてのみ説
明する。しかしながら、この発明の装置で使用され、ま
た原理的に各々が容積移送手段の機能の一部を引受ける
ピストン・エンジン・ユニットでは、一般に作動流体の
大きな機械的圧縮も外部仕事を行なう作動流体の大きな
膨張も生じないことが判る。しかしながらピストンで圧
力差が生じるので、ピストンは関連するシリンダあるい
はハウジングに対してピストン・リング・シーリング条
片等によってシール分離されていなければならない。圧
力差によってピストンに作用する力は、２個の同期的に
動作するユニットのピストンを互いに機械的に結合する
ことによって補償することができる。

第１図に極く簡略化された形で示されているこの発明
を実施するためのロータリ・ピストン・エンジンの極め
て好ましい構成は、ロータ・チャンバを形成するシリン
ダ状内壁をもったハウジングを含み、ロータ・チャンバ
内にはハウジングの内壁と共に中間チャンバを形成する
シリンダ状外側面を有するロータが同軸的に配置されて
いる。中間チャンバの半径方向の寸法は実質的に一定で
ある。ロータは、各々が例えばロータの外面から突出す
る条片状突起からなる摺動子あるいはブレードを有し、
各突起はロータに結合され、その長手方向と共に軸方向
に伸びており且つハウジングの内壁に向って半径方向に
伸びており、そのハウジングに対してシール条片等によ
ってシール分離されている。ロータとハウジングとの間
にあって、ハウジングに対して静止した必要なシールは
シール摺動子からなり、このシール摺動子は、内側ハウ
ジング壁内に半径方向に変位可能に支持され、ロータの
シリンダ状外側面上にシーリング態様で載置され、しか
も条片状突起がこのシールを通過して移動するとき内側
ハウジング壁と実質的に整列した位置で条片状突起の傾
斜した端縁によって圧接されている。しかしながら、第
６図について後程説明するように、円形の断面を持たな
いロータリ・ピストンを含むロータリ・ピストン・エン
ジン機構もまた使用することができる。

第１図に示すこの発明の実施例は、ロータリ・ピスト
ン熱変換器と称され、４個のロータリ・ピストン・エン
ジン・ユニット10、12、14、16を具備している。この装
置が代表的にヒートポンプとして動作するとき、ユニッ
ト10は比較的高い温度範囲Ｈで動作し、ユニット16は比
較的低い温度範囲Ｌで動作し、ユニット12および14はこ
れらの温度の間にある中間の温度範囲Ｍで動作する。ロ
ータリ・ピストン・エンジン・ユニットはそれぞれ別々
の実質的にシリンダ状のハウジングを含むことができ、
これらのハウジングは、リブあるいは同等部材によって
外側上におよび／または熱交換器導管と共に内側上に設
けられ、それによって大きな熱伝送表面積を形成し、対
応する外部熱伝送流体と共に確実な熱伝送が行なわれる
ようにしている。各ハウジングはロータを有するロータ
・チャンバをもっている。ユニット10乃至16のロータは
同じ軸上に組立てられていてもよいし、他の何らかの方
法で同期的に駆動されていてもよい。ユニット10と16は
可能最大限ユニット12と14とから熱的に絶縁されてい
る。ユニット12と14は、これらが同じ温度で動作するの
であれば、同じハウジング内に収容してもよい。しかし
この場合でも２個のユニットの作動チャンバ（ロータ・
チャンバ）は分離されている。

第１図の実施例で、各ユニットは半径方向の線によっ
て示すように対称位置に配置された２個の摺動個すなわ
ちブレード13と、黒い楔によって示す１個の静止シール
11とを備えた１個のロータを有し、上記静止シール11は
内側ハウジング壁に取付けられ、内側ハウジング壁と外
側ロータ表面との間をシールしている。

各ロータリ・ピストン・エンジン・ユニットはガス状
作動流体を伝送する対応する導管すなわちダクト用の３
個の結合部を有し、具体的には各静止シールと対称と対
向位置にある１個の接続10a、12a、14a、16aと、ロータ
の時計方向の回転に関してシール11前方に直接配置され
た１個の接続10b、12b、14bあるいは16bと、ロータの方
向に関してシール11の後方に直接配置された１個の接続
10c、12c、14cあるいは16cを有している。ロータの摺動
個すなわちブレード13は、静止シール11に隣接する10
b、10cのような開孔に関して、ブレード13がこれら３個
の開孔を通過して移動すると同時にそれらの双方を閉鎖
するように、その寸法が定められている。分枝導管18は
接続10a、14b、16cを接続し、分枝導管20は接続10b、12
c、16aを接続し、分枝導管22は接続10c、12b、14aを接
続し、分枝導管24は接続12a、14c、16bを接続してい
る。

接続10aに隣接する導管18の部分および接続10bおよび
10cへの各分枝から導かれる導管20および22の部分は第
１の熱交換器26を通過している。接続16aに隣接する導
管20の部分および接続16b、16cへの分枝から導かれる導
管18、24の部分は第２の熱交換器28を通過している。

上記の構成の他に、接続10a及び16aに隣接する導管18
および20の部分はそれぞれ熱交換器26および28を通過し
なくてもよく、代りにそれ自身の熱変換器29によって互
いに熱的に結合されていてもよい。

点線で図示された長方形30、32によって示すように、
好ましくは接続12aに隣接する導管24の部分と分枝に隣
接する導管18の部分との間、接続14aに隣接する導管22
の部分と分枝に隣接する導管20の部分との間にそれぞれ
１個の熱交換器30、32が設けられる。

ロータリ・ピストン・エンジン・ユニットと導管とに
よって形成された作動チャンバ中にヘリウムのようなガ
ス状作動流体が含まれている。熱ポンプあるいは冷凍機
としての第１図による装置の代表的な動作モードにおい
て、ユニットのロータは時計方向に同期的に駆動され
る。ユニット10には高い温度Ｈで高品質の熱エネルギが
供給され、ユニット16は低い温度Ｌの熱エネルギを吸収
し、一方ユニット12および14は、熱ポンプとして動作す
るときの有効熱、冷凍機として動作するときの廃熱を表
わす中間温度Ｈの熱エネルギを放出する。

第１図による熱交換器は、含まれるガスに関して別々
の４つのシステムを含み、システム中で互いに離相した
位相の４つの熱力学サイクル過程はそれらの径路をと
る。作動チャンバでは、各システムの各導管18、20、2
2、24を経由する伝送は、時間全体にわたって変化し得
る実質的に同じ圧力を呈する。しかしながら１つのシス
テムと他のシステムとでは、一般に圧力は異なる。説明
を簡単にするために、次の説明では、システムは文字Ｓ
に特定の導管番号を付加した符号をもって表わすことに
する。第１図で、各システムで互いに分離されている作
動流体マスは各種の斜線によって示されており、それは
次の通りである。

導管18に関連するシステムS18の作動流体は垂直線
（赤）によって表わされている。

導管20に関連するシステムS20の作動流体は右上がり
の斜線（緑）によって表わされている。

導管22に関連するシステムS22の作動流体は水平線
（青）によって表わされている。

導管24に関連するシステムS24の作動流体は垂直と水
平のクロスハッチ（黄）によって表わされている。

第1A図に示す位相では、各システムの作動流体は各々
実質的に２つのユニット中に配置されている（以下の説
明では、導管中に存在する作動流体は無視されてい
る）。

すなわち、ユニット10および14中のS18、ユニット10および16中のS20、ユニット12および14中のS22、ユニット12および16中のS24。

先に示した西独特許出願明細書中に開示されている種
類の熱変換器では、システムの状態は第２図の容積再生
器のＸで表わされる位置、すなわち S18、位置I;S20、位置II、 S22、位置IV;S24、位置III、に対応している。

第1B図はロータが約45゜だけ時計方向に回転したとき
のシステムの状態を示す。作動チャンバの幾つかの容
積、特に次に示す作動チャンバの容積は最初の180゜の
回転期間中、不変のままである。

ユニット10中のS18の作動チャンバ、ユニット16中のS20の作動チャンバ、ユニット14中のS22の作動チャンバ、ユニット12中のS24の作動チャンバ。

ユニット10中で、緑システムS20の作動流体によって
占められる作動チャンバは順次小さくなり、それによっ
て作動流体は接続10bより熱交換器26、接続12cを通って
ユニット12中に流入し、接続12cに隣接したユニット12
で対応する膨張作動チャンバが形成される。同時にユニ
ット12から青システムS22の作動流体は接続12c、熱交換
器26、および接続10cを経てユニット10中に積極的に移
送され、ユニット10において、接続10cに隣接して対応
する膨張作動チャンバが形成される。この過程では、ユ
ニット10からユニット12へ積極的に移送されたシステム
S20の作動流体は、熱交換器26中の熱を、ユニット12か
らユニット10へ積極的に移送されたシステム22の作動流
体に移転する。

同様な態様で、赤システムS18の作動流体はユニット1
4から熱交換器28を経てユニット16に積極的に移送さ
れ、同時に黄システムS24の作動流体はユニット16から
熱交換器28を経てユニット14に積極的に移送され、これ
によって再度同様な熱交換を熱交換器28中で行なうこと
ができる。

積極的に移送された特定の作動流体の温度が変化する
ので、適応可能なシステム中の圧力も同様に変化し、対
応する作動流体もまた適応可能なシステムの作動チャン
バの容積が変化しない特定のユニット中へ、あるいはこ
の特定のユニットから適応可能な導管を通って流れる。

第1C図乃至第1H図を参照することにより、動作サイク
ルの別の過程もまた上の説明に基いて容易に理解できる
筈である。最後に第1A図に示す状態に再度到達する。

第３図は、ユニット10、12＋14、および16の温度に対
して実際の値を仮定したときに個々のシステムで生ずる
圧力の変化を示す。中間温度Ｍの作動流体は、中間温度
Ｍで動作するユニット14から比較的低い温度Ｌにあるユ
ニット16へ積極的に移送されるので、１個の矢印をもっ
た実線で示される曲線によって表わされるシステムS18
の圧力の変化過程は第1A図から第1C図への変化に従って
t₀とt₁の間で低下する。第1C図から第1E図への変化では
作動流体は比較的高い温度Ｈで動作するユニット10から
中間温度Ｍにあるユニット12へ積極的に移送され、また
14と16との間の変化におけるよりも大きな温度変化が生
ずるので、t₁とt₂との間では圧力は比較的急激に低下す
る。t₃とt₄との間の温度変化と同様にt₂とt₃との間の温
度変化は一方では第1E図と第1G図との間の動作位相に対
応し、他方では第1G図と第1A図との間の動作位相に対応
する。他のシステムにおける圧力の過程は２本、３本、
４本の矢印とシステムを表わす符号の付された曲線によ
って表わされている。

第４図には、第３図と同様な形で、システムS18乃至S
24についてユニット10乃至16によって形成される作動容
積の変化が示されている。ユニット10乃至16の４個のユ
ニットで形成される作動容積の和は、各システムとも時
間的に一定であることが判る。

第5A図−第5D図は、第１図の熱変換器の変形であっ
て、第１図の熱変換器とは、各ユニットが90゜オフセッ
トされた４枚の摺動子すなわちブレードを持ったロータ
を有する点で、およびハウジングとロータの間に直径上
で相対向するように隔った位置に２個のシールが設けら
れていて各ユニットの幾つかのシステムで図に対応陰影
で示される如く直径上で相対する２個の作動チャンバが
それぞれ形成されるようになっている点で、異なる装置
の４つの動作位相を示している。各ユニットの互いに直
径方向に相対向している作動チャンバには、対応する導
管18乃至24に対をなして接続されている、対応接続が設
けられている。この状態は、簡単化のために、第5A図の
ユニット10についてだけ図示してある。どの場合でも、
直径方向に相対向するように２個の接続10a1と10a2が設
けられていて、これらはハウジングに対して静置されて
いるシール11aと11b間の中央に位置している。２組の直
径方向に相対向する接続対10b1、10c1と10b2、10c2と
が、上記接続からそれぞれロータブレードの角間隔だけ
換言すれば90゜だけ偏移して設けられており、第１図に
関連して説明した様な形でシール11に組合わされてい
る。上記以外の要素については第１図と同一参照番号を
使用して示してあり、また第５図の熱変換器の動作モー
ドは第１図のそれと同様なものである。

第１図と第５図の装置で行なわれる熱力学サイクル過
程は、ｘからｙに至る径路で再生器によってガスマスｍ
に供給されまたはそれから除去される熱量が、ｙからｘ
に還流する際に全マスｍに供給されまたはそれから除去
すなわち取出されることが無く、代りにｍの一部分に対
して供給されまたはそれから除去されるという点で、所
望の過程とは、およびいわゆるブルマイヤー（Vuilleum
ier）過程とは実質的に異なる。

第６図には第１図の装置の変形が示され、この変形例
には新規な回転ピストン・エンジン・ユニット610、61
2、614、616が使用されており、各ユニットは、４辺が
幾分か内側へ引張られている四角形の枕に似た形状のロ
ータ・チャンバ内で偏心回転する３局星形の回転ピスト
ンを、それぞれ持っている。再び、４個のシステムがあ
り、その中では第１図に関連して説明した形式の４つの
熱力学的なガス過程が、互いに位相をずらして行なわれ
る。導管618は“赤”システムS618に、導管620は“緑”
システムS620に、導管622は“青”システムS622に、導
管624は“黄”システムS624に、関連付属している。ユ
ニット610、612、614および616のロータ・チャンバは、
それぞれ、その角部分に導管618、620、622または624の
１個に対する接続をもっている。これらの接続には、そ
れぞれユニットの番号と右上方から始まり時計方向に進
む形でアルファベット文字ａ、ｂ、ｃおよびｄが付けて
あり、それらは下記のように各導管に接続されている。

接続610a、612c、614b、616dは導管618に、接続610b、612d、614c、616aは導管620に、接続610c、612a、614d、616bは導管624に、接続610d、612b、614a、616cは導管612に。

第１図に示された装置のユニットのロータ・チャンバ
の接続にあっては作動ガスは常に流出または流入するだ
けであるが、第６図に示された装置では、その動作サイ
クルの一部期間中には１つの同じ接続を通して作動ガス
がロータ・チャンバ中へ流入し、動作サイクルの他の一
部期間中にはロータ・チャンバから流出する。従って、
機能的に第１図の熱交換器26または28に対応する熱交換
器626または628の代りに、各導管には対応する再生器
（または復熱装置）を使用することができる。第６図の
装置の動作モードは上記以外の点では第１図のそれと同
じであるから、これ以上の説明は必要でない。第６図の
実施例は第１図の装置よりも機械的に複雑でなく、この
発明を非常に多種多様な構造形式の回転ピストン・エン
ジン・ユニットを使って実施できることを主として示す
ためのものである。

上述した装置では事実上作動ガスを機械的に圧縮する
ことが行なわれないので、ロータを駆動するに必要な力
は、摩擦損と熱的に生ずる可能性のある圧力差とに打勝
つに要する力のみである。

第１図に関連して既に記述したように、前述の諸装置
はヒートポンプまたは冷凍機として使用することができ
る。典型的な動作モードでは、ロータは時計方向に回転
し、それぞれ高温Ｈまたは低温Ｌで動作するユニット10
または16に熱が供給され、中間温度で働くユニット12お
よび14から熱が除去される。しかし、このユニット12と
14は、ヒートポンプ或は冷凍機としてのこの装置の動作
原理に如何なる変化をも加えることなしに、相異なる温
度T3またはT2（ここにT3はT2よりも高いか低い）で動作
することができる。

第１図、第５図および第６図に示された装置は、また
ヒートポンプ（または冷凍機）とは異なる形で動作させ
ることもできるし、更にヒートトランスフォーマとして
或はヒートポンプトランスフォーマとして動作させるこ
ともできる。総計８つの形式の動作が可能であり、これ
らは表Ｉとして次に示す通りである。プラス符号（＋）
は１欄に示されたユニットに熱エネルギが供給されるこ
とを意味し、マイナス符号（−）は特定ユニットから熱
エネルギが除去されることを意味する。

上記の表はロータの回転が時計方向の場合に適用され
るものである。ロータの回転が反時計方向の場合には、
熱の流れの符号（＋または−）は逆になる。

動作モード２については第１図に関連して既に説明し
た。このモードでT3はT2よりも大、同等または小であり
得ることに注目する必要がある。T4は、T3およびT2より
大で、これらの温度はT1より大である。

動作モード１と３は特に有利なヒートポンプ・モード
または冷凍機モードであり、それは、モード１または形
式１では有効な熱が相異なる２つの温度レベルT4とT3で
供給され、またモード３では比較的低レベルT1およびそ
れより幾分高いレベルT3で冷状態が発生するからであ
る。

モード８はヒートトランスフォーマを表わしている。
ユニット10は比較的高い温度T4の有効な熱を放出し、ユ
ニット16は比較的低い温度T1の廃熱を放出し、またユニ
ット12と14は中間温度T3またはT4の熱を吸収し、また T4＞T3＞／＝／＜T2＞T1である。

モード３と６では、装置はヒートポンプトランスフォ
ーマとして働く。この場合、各温度レベル間には次の関
係がある。

モード3:T3＞T4＞T2＞T1 モード6:T4＞T3＞T1＞T2 このヒートポンプトランスフォーマは、凝縮過程にお
ける熱の回収の点で特に好適する。或る物質が凝縮され
るときに放出される凝縮熱はこのヒートポンプトランス
フォーマに供給され、そこで凝縮温度以上のある温度に
変換上昇させられて、対象とする物質の蒸発に利用する
ことができる。

第１図、第５図および第６図の装置に、圧縮器KMおよ
び／または膨張機EMを付加すると、更に有利な変形が得
られる。第１図において、膨張機EMを接続10aの導管18
に組み込み、たとえばユニット10乃至16のロータを駆動
するに必要な駆動エネルギを供給するために使用するこ
とができる。圧縮機KMは、接続16aの導管20に組込ん
で、機械的な仕事によりシステムに付加エネルギを供給
できる。

圧縮機または膨張機を使用すると表IIに示した22種類
の形式またはモードが得られる。Ｗ行のプラス符号
（＋）は圧縮機KMを介してシステムに仕事が供給される
ことを意味し、また同行中のマイナス符号（−）は膨張
機EMによってシステムからエネルギが取去られることを
表わしている。ユニット10から12までについては、表II
は表Ｉに対応している。

第７図には、この装置の一具体例が示されており、こ
れによって熱エネルギは、機械的な仕事に特にタービン
の軸出力に変換することができる。第７図の装置は、第
１図に関連して説明したものと実質的に同一構造のもの
でよい２個の回転ピストン・エンジン・ユニット710と7
12を持っている。そのユニットの各々は、３個のロータ
・チャンバ接続710a、710bと710cおよび712a、712b、71
2cを夫々持っており、これらは第１図の対応接続につい
て説明したように配設されている。接続710aと712aは、
タービン719のような仕事を行なう膨張機を含んでいる
導管を介して連通している。接続710bは導管721を介し
て接続712cと連なっている。接続712bは導管723を介し
て接続710cと連なっている。導管721と723は熱交換器72
6を貫通している。更に、導管717と723は熱交換器728に
よって熱的に結合することもできる。導管717を流れる
ガス状作動流体の全部または幾分かを、随意に破線導管
で示した熱交換器を介して流すこともできる。動作期間
中、ユニット710には比較的高温THの熱エネルギが供給
され、また比較的低温TLの熱エネルギがユニット712か
ら取去られる。ユニット710と712のロータは、共通の軸
に取付けられているか、或は何か他の手段で同期駆動さ
れる。そして両ユニット中の両圧力差によって生ずるト
ルクは相互に補償し合うから、この場合も事実上機械的
な摩擦損だけの補償しか必要としない。

第7A図〜第7H図は、ユニット710と712の両ロータの１
回転中の種々の動作状態を示している。ユニット710と7
12では、互いに位相のずれた４つの熱力学ガスサイクル
過程が行なわれる。作動ガスの或る体積分がユニット71
0と712との間を単純に前後に往復し、一方その体積のう
ちの他の部分がこの往復体積分によってタービン719を
通して排出されそこで機械的な仕事を行なうことが第７
図の装置の動作特性である。このプロセスの説明のため
に、先ず作動ガスについて考える必要があるが、このガ
スはブレード712dとシール712c間のユニット712dの左半
部にあるとする。このロータが時計方向に回転すると、
ガスはこの比較的冷たいユニット712から導管723を通し
て比較的熱いユニット710内へ積極的に排出される。

第7C図の位置でこのプロセスを完了する。すなわち、
ユニット710の左半部は比較的高圧の作動ガスだけを含
んでいる。プレート710dは、次に開口710a（第7C図）に
到達し、この比較的高圧の作動ガスは導管717を介して
タービン719に流れ、そこで膨張して次にユニット712の
開口712a（第7D図）と連通する作動チャンバに流入し、
そこで、“オレンジ”部分（or）で表わされた比較的低
温で低密度で幾分圧縮されている“茶”の作動ガス体積
を圧縮する。第7E図では、ピストン712dは接続710aに到
達し、そのためこのピストンの前面にある作動チャンバ
の部分からの比較的高圧の作動ガスの流出は終止する。
次いで作動チャンバのこの部分は、“オレンジ”部分
（or）の流出によって膨張している。“青”作動ガス体
積（bl）を含んでいる。この作動ガス体積（bl）は、今
度は7Eと7Hの間でシール712eとブレード712dの間にある
部分に移送され、その圧力が温度低下のために低下す
る。第7G図でこのプロセスは完了する。

こうして、“青”体積blがユニット710と712の間だけ
を前後に往復するが、間歇的な膨張によって作動ガスの
別の“オレンジ”部分（or）を駆動してこれをタービン
を通して排出し、そこで機械的な仕事を行なうことが判
る。勿論、“青”と“オレンジ”体積をなす作動ガスは
相互に分離できるものではなく、上記の説明は単に、作
動ガスの或る割合の部分がユニット710と712間を往復
し、一方他の部分が上記割合の部分によって圧縮されて
タービンを通過し、所望の軸出力を発生させるというこ
とを、明らかにするためのものである。このマス部分mc
はユニット710と712中の温度レベルTHとTLに依存する。

“黄”往復体積（ge）と“赤”作動体積（ro）とによ
って、対応する位相変位をもって上記とは完全に異なる
プロセスが行なわれる。上記のプロセスでは体積（or）
が（bl）または（br）によってタービンを通して周期的
に排出されたが、上記第１プロセスから180゜変位した
この第２のプロセスでは、ガス体積（ro）は体積（ge）
または（gr）によってタービンを介して排出される。第
７図に示す形式の装置は非常にコンパクトな構造に作る
ことができる。すなわち、回転ピストン・エンジンとタ
ービンとは、たとえば円筒形の１個の同じハウジング内
に収容することができ、そのハウジングは外側に単に適
当な熱交換器の表面を持ち、またそのタービンが発電機
に接続される場合には給電要の電気的接続が上記に併設
されるに過ぎない。

タービン719をフィード方向が逆の圧縮機に置き換え
ると、ヒートポンプまたは冷凍機になる。

第８図は、第７図における同じ色表示すなわち陰影部
を使用して、１動作サイクル期間中における種々のガス
マスの体積変化の態様を示している。

第９図は、タービンを通して作動マスmBを圧縮するこ
とにより１次仕事を行なう往復マスmcのインジケータ線
図（圧力−容積線図）を示す。タービンを通して流れ最
終的にタービンの軸出力を発生させる作動マスmBのこの
インジケータ線図は極値点１と４のみで表わされる。

第11図に示す実施例は、それぞれシリンダとこのシリ
ンダ内に変位可能に支持されたピストンＫとを有する、
４個の往復ピストン・ユニット810、812、814、816を持
っている。これらのピストンは、たとえばＯリングによ
って各シリンダの内壁に対して密封されている。それは
装置の動作中そこに圧力差が生ずるからである。ユニッ
ト810と812とピストンはユニット814および816のピスト
ンと同様に、第13図を参照して詳細に後述するギヤ・ユ
ニットＧを介して互いに緊密に結合されていて、そのた
めこれらのピストンは各シリンダ中で同期往復運動を行
なう。

ユニット810は比較的高温レベルＨで動作し、ユニッ
ト812と814は、互いに同一または多少異なっていてもよ
い中間温度レベルM1とM2で動作する。

第１の作動流体導管818は、ユニット810と812の両シ
リンダの互いに反対側の外側端に対する接続810a、812d
を接続すると共に、ユニット814と816の両シリンダの互
いに向き合った内側端における各接続814bと816aを接続
している。同様に、第２の作動流体導管820は、ユニッ
ト810、812の互いに向き合った内側端に対する接続810b
と812aを連結すると共に、ユニット814と816の互いに対
向する各外側端における接続814aと816bを接続してい
る。接続810aと812bおよび同様に接続810bと812aをそれ
ぞれ接続する導管818、820の両部分は、熱交換器826を
通して互いに熱的に結合されている。これに対応して、
接続814bと816aの間および接続814aと816bの間にそれぞ
れ延長している作動流体導管818と820の両部分は、熱交
換器828によって互いに熱的に結合している。

ユニット810−816のシリンダ中の導管818を介して連
通している作動チャンバは第１の作動媒体システムを形
成している。ユニット810からユニット816までのシリン
ダ内の導管820を通じて連通する作動チャンバは、上記
第１の作動媒体システムとは流体的に分離された第２の
作動流体システムを構成している。この２つのシステム
においては、360゜だけクランクシャフトの回転がずれ
た２つの相異なる熱力学的な過程（プロセス）が行なわ
れ、そのプロセスが充分に行なわれるためにはクランク
シャフトが720゜回転することが必要である。この第１
システムの、たとえばヘリウムのようなガスである作動
流体で占有された作動チャンバが、第11図に描点陰影部
で示されている。他のシステムの作動流体で占有された
作動チャンバは、第11図に白地で示されている。ピスト
ンは斜線陰影部で表わされている。

これらのピストンは、好ましくは、間歇的な運動を行
なう。すなわち、クランクシャフトが90゜回転する期間
中にそれらは同時に１ストロークを行ない、次にクラン
クシャフトが90゜回転する期間中にはシリンダ内で前の
ストローク運動の終端で到達した極限位置に止まり、そ
して１対のユニット810、812のピストンは同時に運動
し、その間他方のユニット対814と816のピストンは休止
し、またその逆になる。もし、或程度の能率の低下が許
されるならば、ピストンが正弦波状のストローク運動を
するように動作させることも可能である。

第11a図に示された状態では、ユニット810と812のピ
ストンはその上昇ストロークの中心に位置しており、こ
こでは導管818を有する第１のシステム（描点陰影を施
された作動チャンバを有するシステムA:プロセス曲線は
第12図に実線で示されている）の熱い作動流体は、中間
温度レベルM1のユニット812の下部に積極的に移送され
る。同時に、導管820に組合わされたシステム（白地の
作動チャンバを有するシステムB:プロセス曲線は第12図
に破線で示されている）の中間温度の作動流体は、ユニ
ット812の上部から熱いユニット810の下部の中へ積極的
に排出給送される。上記２つのシステムの積極的に移送
された作動流体は熱交換器826中で熱を交換する。この
温度を降下させる作用によって、システムＡの圧力は、
第12図の−90゜と＋90゜の間の曲線で示されるように、
低下する。

90゜の位置（第11b図）では、ピストンはその極限位
置をとる。

90゜から270゜までの範囲では、ユニット810と812中
のピストンは休止し、一方ユニット814と816のピストン
は上昇ストローク運動を行なう（第11b図−第11d図）。
システムＡの冷たい作動流体は“冷たい”ユニット816
から中間温度レベルM2のユニット814に積極的に送り出
される。その結果、システムＡの圧力は第12図の90゜乃
至270゜の曲線が示す如く上昇する。しかし、ユニット8
16と814の温度レベル相互間の温度差は比較的僅かなも
のであるから、上記の温度上昇は比較的小さい。同時
に、システムＢの作動流体はユニット814からユニット8
16へ積極的に送り出される。

270゜から450゜までの範囲では、ユニット810のピス
トンは下降運動をし（第11e）、そのため中間温度の作
動流体は、ユニット812からより高温の動作ユニット810
内へ積極的に送り出される。同時に、システムＢの熱い
作動流体はユニット812からユニット810内へ積極的に送
り出される。この場合も熱交換機826内で熱の交換が行
なわれる。ユニット814と816内のピストンは270゜と450
゜の間では休止状態にある（第11d図−第11f図）。

クランクシャフトの回転角が450゜から630゜までの範
囲では、ユニット810と812のピストンは休止状態である
が、ユニット814と816のピストンは上向きに運動する
（第11f図−第11h図）。630゜から次サイクルの90゜ま
での範囲では、ユニット810と812のピストンは再び上向
きに運動するがユニット814と816のピストンは休止して
いる。ここで行なわれる積極的な送出（positive displ
acement）、加熱および冷却のプロセスについてはこれ
以上説明の必要はないであろう。

２つのユニットの互いに結合された１対のピストンを
駆動するには、第13図に示されるようなギヤ・ユニット
を使用することが有利である。このギヤ・ユニットはカ
ム盤310を有し、このカム盤の外周面にはその盤の軸と
同軸的な２つの円周面312と314があり、それら互いに向
き合った２つの象限を占めていてかつ互いに２つの延長
部316と318で連結されている。このカム盤310は駆動軸3
20上に取付けられている。２個のカムホロワ322がカム
盤910の直径方向に相対向する２点に接しており、この
カムホロワは環状体324上に取付けられかつ回転可能に
支持されたローラで構成され、この環状体324はその直
径上相対向する点が各ピストン・ロッド326、328に接沿
されていて、810、812または814、816のような２つと関
連ユニットのピストンを制御する。ユニット対810、812
または814用の駆動装置のカム盤は相互に90゜偏位して
いる。

第11図に関連して説明した形にこれらのピストンを駆
動すると、第11図の装置はヒートポンプまたは冷凍機と
して動作する。ユニット810は比較的高温の熱を供給さ
れるが、ユニット816は比較的低温の熱（冷却熱または
より高い温度にポンプされる熱）を受入れる。ユニット
812、814は中間温度の熱（加熱用の熱または廃熱）を放
出する。

たとえば個々のユニットの駆動方向を反転させること
によって、熱の流れの方向および作動媒体の流れの方向
を上記に対応して反転されると、第11図の装置はヒート
トランスフォーマとして動作する。すなわち、ユニット
812、814は中間温度レベルの熱を受入れ、ユニット810
は高温の逓昇されたユーテリティ・システム熱を放出
し、一方ユニット816からは比較的低温の廃熱が消散さ
れる筈である。

第11図の実施例にも、第７図におけると同様に、回転
機を付加して拡張することができ、その場合この回転機
は接続810aと816bの間に接続する。表ＩおよびIIに関連
して作った実施例も利用することができる。

第14図には第７図に示されたものと同様なこの発明の
実施例が示されており、この装置は機械的な仕事を行な
うのに利用することができる。第14a図−第14c図にその
動作サイクルの相異なる４つの位相で示されているこの
第14図の装置は、の往復ピストン・エンジン・ユニット
910と第２の往復ピストン・エンジン・ユニット912を持
っている。ユニット910はピストンK1を有しこれをユニ
ット用のハウジングと共に、比較的高温レベルＨで動作
する２つの作動チャンバを形成している。第２のユニッ
ト912はピストンK2を有し、これはこのエンジンのハウ
ジングと共に上記と同様に２つの作動チャンバを形成す
るが、この両チャンバは比較的低温Ｌで働く。ピストン
K1とK2は互いに機械的に結合されているので、それらは
付属ハウジングの第１端（第14図における上端）に向っ
て或は付属ハウジングの第２端（第14図における下端）
に向って、同期して運動する。駆動装置は第13図に関連
して説明した様に構成することができるが、正弦波状の
運動またはその他の往復運動を利用することもできる。

第１ユニット910の第１の、上側の端部は接続910aaと
作動流体導管921を介して、ユニット912の第２の、下側
の端部の接続912baに接続されている。ユニット910の第
２の、下側の端部は、また接続910baと作動流体導管923
を介して、ユニット912の第１の、上側の端部にある接
続912aaに接続されている。導管921、923は熱交換器926
を通して相互に熱的に結合することができる。

更に、第１ユニット910の第１の端部は、接続910ab
と、たとえばタービン931である膨張機のような機械を
含む第３の作動流体導管917とを介して、ユニット912の
第１端部の接続912baに接続され、および／または、第
１ユニット910の第２の、下側の端部は、接続910bbと、
たとえばタービン933である膨張機のような第２の機械
を含む作動流体導管919を介して、ユニット912の第２端
部の接続912bbに接続されている。軸出力は、タービン
から取出すことができ、すなわち第14図の装置はモータ
として働くことができる。また、第７図についての説明
もここに適用することができる。

互いに異なった位相で動作する第14図の装置を複数基
直列に接続することによって、希望するより均一な動作
を得ることができる。その場合、互いに異なる位相で働
くこれら結合装置の対応タービンは同一軸上に取付ける
ことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ヘーフア，ハンスドイツ連邦共和国 8641 バレンフエルトラートアウスガツセ 11 (56)参考文献特開昭61−265455（ＪＰ，Ａ) 特開昭46−4854（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−212659（ＪＰ，Ａ) 特公昭52−14453（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】動作サイクル全体を通して作動流体の体積
が一定に保たれる閉じた流体回路と、容積が可変な少な
くとも４つの作動空間を形成する少なくとも２つのピス
トン・エンジン・ユニットと、上記少なくとも４つの作
動空間を相互に接続する導管システムと、上記ピストン
・エンジン・ユニットのピストンを駆動する駆動装置と
を具え、上記駆動装置および上記導管システムは、互い
に連通している上記作動空間の容積の和がピストンの運
動の期間中一定に保たれるように構成されており、さら
に上記ピストン・エンジン・ユニットに対して熱の供給
と熱の取出しとを行う装置を具える、熱エネルギ利用装
置であって； −４つのピストン・エンジン・ユニットにそれぞれ第１
の作動空間が設けられており、 −上記熱の供給と熱の取出しとを行う装置は、上記の各
々のピストン・エンジン・ユニットのハウジング全体が
それぞれ均一な温度レベルを保ち、かつ動作モードに応
じて、次の表１に従って、上記ピストン・エンジン・ユ
ニットに熱エネルギを供給しまたは上記ピストン・エン
ジン・ユニットから熱エネルギを取出すように構成され
ており、但し、上記表１において、＋はピストン・エンジン・ユ
ニットへの熱エネルギの供給を、−はピストン・エンジ
ン・ユニットからの熱エネルギの取出しを意味し、 −上記第１と第２のピストン・エンジン・ユニットのピ
ストンは、上記駆動装置によって同期的にかつ同位相で
駆動されて、上記第１のピストン・エンジン・ユニット
の第１の作動空間の容積と上記第２のピストン・エンジ
ン・ユニットの第１の作動空間の容積とが互いに逆の関
係で共に変化するようになっており、 −上記第３と第４のピストン・エンジン・ユニットのピ
ストンは、上記駆動装置によって同期的にかつ同位相で
駆動され且つ上記第１または第２のピストン・エンジン
・ユニットのピストンに対してずれた位相関係で駆動さ
れて、上記第３のピストン・エンジン・ユニットの第１
の作動空間の容積と上記第４のピストン・エンジン・ユ
ニットの第１の作動空間の容積とが互いに逆の関係で共
に変化するようになっており、 −上記動作モードの５乃至８の場合のピストンは、上記
動作モードの１乃至４の場合の方向と逆の方向に駆動さ
れることを特徴とする、熱エネルギ利用装置。
【請求項２】上記ピストン・エンジン・ユニットは往復
ピストン・エンジン・ユニットであり、その第２の作動
空間が別の導管システムによって相互に接続されている
ことを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の熱エネル
ギ利用装置。
【請求項３】上記第１と第２のピストン・エンジン・ユ
ニットの第１の作動空間の間を接続する第１の導管と、
上記第１と第２のピストン・エンジン・ユニットの第２
の作動空間の間を接続する第２の導管とが、第１の熱交
換器によって熱的に結合され；上記第３と第４のピスト
ン・エンジン・ユニットの第１の作動空間を互いに相互
に接続する第３の導管と、上記第３と第４のピストン・
エンジン・ユニットの第２の作動空間の間を接続する第
４の導管とが、第２の熱交換器によって熱的に結合され
ていることを特徴とする、請求の範囲第１項または第２
項に記載の熱エネルギ利用装置。
【請求項４】上記ピストン・エンジン・ユニットがロー
タリ・ピストン・エンジン・ユニットであって；このロ
ータリ・ピストン・エンジン・ユニットのハウジングの
それぞれは、ほぼ円筒状のロータ・チャンバを形成して
いて、回転するように配置されたほぼ円筒状のロータを
ピストンとして含んでおり；このロータは上記ハウジン
グに対してシールを形成する少なくとも２つの部材を有
し；上記ハウジングに対して固定された少なくとも１つ
のシールが、上記ハウジングと上記ロータとの間に設け
られており；各ロータ・チャンバが作動流体導管が接続
される組をなす接続部を少なくとも１組含んでおり、各
組は３つの接続部を含んでおり、それぞれの組の上記３
つの接続部の中の第１の接続部は上記ハウジングに固定
された隣接シールから180゜をシールの数で除した値に
等しい角度だけ離れた位置にあり、上記３つの接続部の
中の第２と第３の接続部は上記ロータの所定の回転方向
に対して上記ハウジングに固定された関連するシールの
直前または直後の位置にあり；第１のロータリ・ピスト
ン・エンジン・ユニットの第１の接続部は、分岐する第
１の作動流体導管によって第３のロータリ・ピストン・
エンジン・ユニットの第１の接続部と第４のロータリ・
ピストン・エンジン・ユニットの第３の接続部とに接続
されており；第２のロータリ・ピストン・エンジン・ユ
ニットの第１の接続部は、分岐する第２の作動流体導管
によって上記第４のロータリ・ピストン・エンジン・ユ
ニットの第２の接続部と上記第３のロータリ・ピストン
・エンジン・ユニットの第３の接続部とに接続されてお
り；上記第３のロータリ・ピストン・エンジン・ユニッ
トの第１の接続部は、分岐する第３の作動流体導管によ
って上記第２のロータリ・ピストン・エンジン・ユニッ
トの第２の接続部と上記第１のロータリ・ピストン・エ
ンジン・ユニットの第３の接続部とに接続されており；
上記第４のロータリ・ピストン・エンジン・ユニットの
第１の接続部は、分岐する第４の作動流体導管によって
上記第１のロータリ・ピストン・エンジン・ユニットの
第２の接続部と上記第２のロータリ・ピストン・エンジ
ン・ユニットの第３の接続部とに接続されていることを
特徴とする、請求の範囲第１項に記載の熱エネルギ利用
装置。
【請求項５】上記第１のロータリ・ピストン・エンジン
・ユニットの第１の接続部に隣接する上記第１の作動流
体導管の一部に、および／または上記第４のロータリ・
ピストン・エンジン・ユニットの第１の接続部に隣接す
る上記第４の作動流体導管の一部に、仕事を吸収する圧
縮エンジンまたは仕事を発生する膨張エンジンが配設さ
れたことを特徴とする、請求の範囲第４項に記載の熱エ
ネルギ利用装置。
【請求項６】上記熱の供給と熱の取出しとを行う装置
は、動作モードに応じて、次の表２に従って熱エネルギ
ーが上記ロータリ・ピストン・エンジン・ユニットに供
給されまたは上記ロータリ・ピストン・エンジン・ユニ
ットから取出されるように構成されおり、但し、上記表２におけるＷの行については、＋は仕事が
圧縮エンジンを介して上記システムに供給さえることを
意味し、−はエネルギが膨張エンジンによって上記シス
テムから取出されることを意味し、また、上記表２にお
ける他の行については、＋はピストン・エンジン・ユニ
ットへの熱エネルギの供給を、−はピストン・エンジン
・ユニットからの熱エネルギの取出しを意味するもので
あることを特徴とする、請求の範囲第５項に記載の熱エ
ネルギ利用装置。
【請求項７】動作サイクル全体を通して作動流体の体積
が一定に保たれる閉じた流体回路と、容積が可変な少な
くとも４つの作動空間を形成する少なくとも２つのピス
トン・エンジン・ユニットと、上記少なくとも４つの作
動空間を相互に接続する導管システムと、上記ピストン
・エンジン・ユニットのピストンを駆動する駆動装置と
を具え、上記駆動装置および上記導管システムは、互い
に連通している上記作動空間の容積の和がピストンの運
動の期間中一定に保たれるように構成されており、さら
に上記ピストン・エンジン・ユニットに対して熱の供給
と熱の取出しとを行う装置を具える、熱エネルギ利用装
置であって； −その２つのピストン・エンジン・ユニットはロータリ
・ピストン・エンジン・ユニットであり、このロータリ
・ピストン・エンジン・ユニットのハウジングのそれぞ
れは、ほぼ円筒状のロータ・チャンバを形成していて、
回転するように配置されたほぼ円筒状のロータをピスト
ンとして含んでおり；このロータは、ハウジングに対し
てシールを形成する少なくとも１対の直径方向の部材
と、上記ロータに対して固定されている少なくとも１つ
の固定シールと、作動流体導管が接続される少なくとも
１組の３つの接続部とを含んでおり、この３つの接続部
の中の第１の接続部は上記ハウジングに固定された各隣
接シールから180゜をシールの数で除した値に等しい角
度だけ離れた位置にあり、上記３つの接続部の中の第２
と第３の接続部は上記ロータの所定の回転方向に対して
上記ハウジングに固定された関連するシールの直前また
は直後の位置にあり； −上記熱の供給と熱の取出しとを行う装置は、上記の各
々のロータリ・ピストン・エンジン・ユニットのハウジ
ング全体がそれぞれ均一な温度レベルを保つように構成
されており； −その第１のロータリ・ピストン・エンジン・ユニット
の第１の接続部が、圧縮または膨張エンジンを含んでい
る第１の作動流体導管によって、その第２のロータリ・
ピストン・エンジン・ユニットの第１の接続部に接続さ
れ；上記第１のロータリ・ピストン・エンジン・ユニッ
トの第２の接続部が、第２の作動流体導管によって上記
第２のロータリ・ピストン・エンジン・ユニットの第３
の接続部に接続され；上記第１のロータリ・ピストン・
エンジン・ユニットの第３の接続部が、第３の作動流体
導管によって上記第２のロータリ・ピストン・エンジン
・ユニットの第２の接続部に接続され； −上記第１と第２のロータリ・ピストン・エンジン・ユ
ニットのロータが上記駆動装置によって同期的にかつ同
位相で駆動されて、上記第１のロータリ・ピストン・エ
ンジン・ユニットの第１の作動空間の容積と上記第２の
ロータリ・ピストン・エンジン・ユニットの第１の作動
空間の容積とが互いに逆の関係で共に変化し、上記第１
のロータリ・ピストン・エンジン・ユニットの第２の作
動空間の容積と上記第２のロータリ・ピストン・エンジ
ン・ユニットの第２の作動空間の容積とが互いに逆の関
係で共に変化することを特徴とする、熱エネルギ利用装置。
【請求項８】動作サイクル全体を通して作動流体の体積
が一定に保たれる閉じた流体回路と、容積が可変な少な
くとも４つの作動空間を形成する少なくとも２つのピス
トン・エンジン・ユニットと、上記少なくとも４つの作
動空間を相互に接続する導管システムと、上記ピストン
・エンジン・ユニットのピストンを駆動する駆動装置と
を具え、上記駆動装置および上記導管システムは、互い
に連通している上記作動空間の容積の和がピストンの運
動の期間中一定に保たれるように構成されており、さら
に上記ピストン・エンジン・ユニットに対して熱の供給
と熱の取出しとを行う装置を具える、熱エネルギ利用装
置であって； −上記ピストン・エンジン・ユニットが往復ピストン・
エンジン・ユニットであって、この往復ピストン・エン
ジン・ユニットのハウジングのそれぞれが、ピストンを
含んでいる作動シリンダを形成し、第１の端部とこの第
１の端部の反対側にある第２の端部とに作動流体導管が
接続される接続部を有し、 −上記の熱の供給と熱の取出しとを行う装置は、上記の
各々の往復ピストン・エンジン・ユニットのハウジング
全体がそれぞれ均一な温度レベルを保つように構成され
ており、 −その２つの往復ピストン・エンジン・ユニットのピス
トンが、上記第１または第２の端部に対して互いに同期
的に動くように、上記駆動装置によって同期的にかつ同
位相で駆動され、 −その第１のピストン・エンジン・ユニットの上記第１
の端部にある接続部が、圧縮または膨張エンジンを含ん
でいる第１の作動流体導管によって、その第２のピスト
ン・エンジン・ユニットの上記第１の端部にある接続部
に接続され、 −上記第１のピストン・エンジン・ユニットの上記第２
の端部にある接続部が、圧縮または膨張エンジンを含ん
でいる第２の作動流体導管によって、上記第２のピスト
ン・エンジン・ユニットの上記第２の端部にある接続部
に接続され、 −上記第１のピストン・エンジン・ユニットの上記第１
の端部にある接続部が、第３の作動流体導管によって上
記第２のピストン・エンジン・ユニットの上記第２の端
部にある接続部に接続され、 −上記第１のピストン・エンジン・ユニットの上記第２
の端部にある接続部が、第４の作動流体導管によって上
記第２のピストン・エンジン・ユニットの上記第１の端
部にある接続部に接続されていることを特徴とする、熱エネルギ利用装置。