Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten eines Fluids Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung gemäß dem Ober ^¬ begriff des Patentanspruches 12.

Aus dem Stand der Technik sind zwei Arten von Verdichtern be- kannt, die nahezu ohne elektrische Energie oder mechanische

Arbeit betreibbar sind. Diese sind ein Stirlingmotor, der zum Antrieb eines Verdichters verwendet werden kann, und ein thermokinetischer Verdichter. Der Stirlingmotor wird hauptsächlich mittels Wärme betrieben. Hierbei wird die Wärme durch ein Arbeitsgas, beispielsweise ein Kraftstoff-Luftgemisch, bereitgestellt. Der Stirlingmotor ist derart ausgebildet, dass das Arbeitsgas innerhalb eines kalten Bereiches des Motors verdichtet und innerhalb eines warmen Bereiches des Motors expandiert wird. Dadurch kann im Ergebnis mechanische Arbeit aus der zugeführten Wärme bereit ^¬ gestellt werden.

Um die thermische Effizienz eines Stirlingmotors weiter zu erhöhen sieht der Stand der Technik interne regenerative

Wärmeübertrager vor. Allerdings wird auch hier stets die Expansion eines Gases (Arbeitsgas) verwendet, was zu einer niedrigen Leistungsdichte führt. Eine Möglichkeit eine höhere Leistungsdichte zu erreichen ist die Verwendung größerer Wärmeübertrager oder die Verwendung größerer Temperaturdifferenzen. Weiterhin stellt der Stirlingmotor typischerweise nur ein geringes Volumen für das Arbeitsgas bereit, sodass eine geringe Wärmekapazität des Arbeitsfluids erforderlich ist um einen hohen Druck und eine hohe Temperatur zu erreichen. Da- durch wird die Auswahl möglicher Arbeitsfluids limitiert.

Weiterhin ist der Stirlingmotor typischerweise mittels einer Getriebevorrichtung mit dem Verdichter verbunden, sodass zu- sätzliche Verluste, beispielsweise Reibungsverluste, vorhan ^¬ den sind.

Thermokinetische Verdichter basieren auf der Wirkungsweise einer Turbine. Hierbei wird ein heißes Gasgemisch, beispiels ^¬ weise heiße Luft, dem thermokinetischen Verdichter zugeführt. Anschließend wird Wasser in den Strom der heißen Luft einge ^¬ leitet und innerhalb dieser verteilt. Dadurch wird eine un ^¬ mittelbare Verdampfung des Wassers bewirkt, die zu einer Ver- ringerung der Temperatur und somit zu einer Beschleunigung des Stromes der Luft führt. Mittels eines Diffusors wird schließlich die Strömungsgeschwindigkeit der Luft in Druck gewandelt. Allerdings werden thermokinetische Verdichter ty ^¬ pischerweise äußerst selten eingesetzt, da diese einen hohen Schub ausbilden und somit eine äußerst stabile Bauweise er ^¬ fordern .

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Alternative zu bekannten Verdichtern bereit- zustellen.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 12 ge- löst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verdichten eines Fluids umfasst die folgenden Schritte:

- Bereitstellen eines ersten Behälters mit einem flüssigen Arbeitsfluid, eines zweiten Behälters sowie einer Verdich ^¬ tungsvorrichtung mit einem bewegbaren Trennungselement, wobei das Trennungselement einen ersten und zweiten Gasraum der Verdichtungsvorrichtung fluiddicht voneinander trennt;

- Einleiten des Fluids in den ersten Gasraum;

- Expansion des Arbeitsfluids in den zweiten Gasraum, wobei hierdurch wenigstens ein Teil des Arbeitsfluids vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand übergeht; - Verringerung des Volumens des ersten Gasraumes mittels ei ^¬ ner Bewegung des Trennungselementes, wobei die Bewegung durch die Expansionsarbeit des gasförmigen Teils des Arbeitsfluids bewirkt wird;

- Ausleiten des verdichteten Fluids aus dem ersten Gasraum; und

- Ausleiten des expandierten Arbeitsfluids aus dem zweiten Gasraum in den zweiten Behälter. Erfindungsgemäß geht das Arbeitsfluid innerhalb des zweiten Behälters vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatzustand über .

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit das Fluid mittels der Expansionsarbeit des Arbeitsfluids verdichtet. Hierbei liegt das Arbeitsfluid innerhalb des ersten Behälters zu ^¬ nächst im flüssigen Aggregatzustand, das heißt als Flüssig ^¬ keit vor. Mit anderen Worten ist der erste Behälter mit einer Flüssigkeit gefüllt. Wird nun das Arbeitsfluid in den zweiten Gasraum zur Verdichtung des Fluids eingeleitet beziehungswei ^¬ se expandiert, so geht wenigstens ein Teil des flüssigen Ar ^¬ beitsfluides in den gasförmigen Aggregatzustand über. Hierbei wird durch das Arbeitsfluid die Expansionsarbeit verrichtet, die in die Bewegung des Trennungselementes der Verdichtungs- Vorrichtung gewandelt wird. Mittels der Bewegung des Trennungselementes wird dann das in den zweiten Gasraum eingelei ^¬ tete Fluid verdichtet.

Nach der Verdichtung des Fluids wird dieses aus dem ersten Gasraum ausgeleitet. Anschließend kann wieder Fluid in den ersten Gasraum eingeleitet und wiederum durch eine Einleitung und Expansion des Arbeitsfluids in den zweiten Gasraum verdichtet werden. Dies kann sich zyklisch fortsetzen. Entscheidend ist, dass das in den zweiten Behälter ausgeleitete ex- pandierte Arbeitsfluid innerhalb des zweiten Behälters von seinem gasförmigen in seinen flüssigen Aggregatzustand übergeht. Mit anderen Worten kondensiert das gasförmige Arbeits ^¬ fluid wenigstens teilweise innerhalb des zweiten Behälters. Dies wird beispielsweise durch eine hierfür vorgesehene Tem ^¬ peratur oder einen hierfür vorgesehenen Druck innerhalb des zweiten Behälters ermöglicht. Dadurch setzt sich das Arbeits- fluid innerhalb des zweiten Behälters als Flüssigkeit ab, so- dass der zweite Behälter, wie bereits der erste Behälter, zur Aufnahme des Arbeitsfluides vorgesehen ist. Weiterhin kann hierbei eine Wärmeabgabe des Arbeitsfluides (innerhalb des zweiten Behälters) an die Umgebung vorgesehen sein. Vorteilhafterweise ist für das Verdichten des Fluids keine elektrische Energie erforderlich. Das Fluid wird allein auf ^¬ grund der thermodynamischen Eigenschaften des Arbeitsfluids und dessen Wechsel zwischen seinen Aggregatzuständen verdichtet. Hierbei weist die Erfindung den Vorteil auf, dass Nie- dertemperaturwärme, das heißt Wärme mit einer Temperatur un ^¬ terhalb von etwa 130 Grad Celsius, ausreichend ist, den Ver ^¬ dichter durch Zuführung der Wärme in den ersten Behälter zu betreiben. Mit anderen Worten kann vorteilhafterweise Niedertemperaturwärme, die bei vielen industriellen Prozessen oder Anlagen anfällt und typischerweise verloren ist, gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verdichtung des Fluids verwendet werden .

Da die vorliegende Erfindung den Phasenübergang des Arbeits- fluids, das heißt seinen Übergang vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatzustand, vorteilhaft verwendet, weist die vorliegende Erfindung im Vergleich zu bekannten Verdichtern mit Stirlingmotoren eine höhere Leistungsdichte auf. Mit an ^¬ deren Worten kann mit der vorliegenden Erfindung eine höhere Leistungsdichte im Vergleich zu bekannten Verdichtern mit Stirlingmotoren erreicht werden.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass das Problem des hohen Schubes, wie beispielsweise bei einem ther- mokinetischen Verdichter, der hohe Leistungsdichten erreicht, vermieden wird. Die vorliegende Erfindung kombiniert daher die Vorteile eines Verdichters mit Stirlingmotor, beispiels ^¬ weise einfacher Aufbau und kompakte Bauweise, mit den Vortei- len eines thermokinetischen Verdichters, beispielsweise eine hohe Leistungsdichte, synergetisch .

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass diese vollständig skalierbar ist. Dadurch können nahezu be ^¬ liebige Leistungsdichten erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer seiner Ausgestaltungen um- fasst wenigstens

- einen ersten und zweiten Behälter zur Aufnahme eines flüssigen Arbeitsfluids sowie eine Verdichtungsvorrichtung mit einem bewegbaren Trennungselement, wobei das Trennungselement einen ersten und zweiten Gasraum der Verdichtungsvorrichtung fluiddicht voneinander trennt;

- wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, ein Einleiten des Fluids in den ersten Gasraum und eine Expansion des Ar- beitsfluids in den zweiten Gasraum zu ermöglichen, wobei hierdurch wenigstens ein Teil des Arbeitsfluids vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand übergeht;

- wobei das Volumen des ersten Gasraumes mittels einer Bewe ^¬ gung des Trennungselementes, die durch die Expansionsarbeit des gasförmigen Arbeitsfluids bewirkbar ist, verringerbar ist; und

- die Vorrichtung weiterhin dazu ausgestaltet ist, das ver ^¬ dichtete Fluid aus dem ersten Gasraum auszuleiten sowie das expandierte Arbeitsfluid aus dem zweiten Gasraum in den zwei ^¬ ten Behälter auszuleiten. Erfindungsgemäß sind der Druck und die Temperatur innerhalb des zweiten Behälters derart ausgebildet, dass das Arbeits ^¬ fluid innerhalb des zweiten Behälters vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatzustand übergeht. Es ergeben sich zum bereits genannten erfindungsgemäßen Verfahren gleichartige und gleichwertige Vorteile der erfin ^¬ dungsgemäßen Vorrichtung. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird dem Arbeitsfluid innerhalb des ersten Behälters vor seiner Expansion Wärme, insbesondere Abwärme oder Niedertemperaturwärme, zugeführt.

Dadurch kann vorteilhafterweise Abwärme oder Niedertempera ^¬ turwärme, die beispielsweise innerhalb eines industriellen Prozesses oder einer industriellen Anlage anfällt, zur Verdichtung des Fluids verwendet werden. Mit anderen Worten wird die Verdichtung des Fluids wenigstens teilweise durch die Zu ^¬ führung der Abwärme oder Niedertemperaturwärme wenigstens teilweise abgedeckt.

Dadurch bildet der erste Behälter ein warmes Wärmereservoir und der zweite Behälter ein kaltes Wärmereservoir, vergleichbar zu einem Stirlingmotor, aus.

Bevorzugt ist es hierbei, wenn die Temperatur des ersten Be ^¬ hälters größer als die Temperatur des zweiten Behälters ein- gestellt wird.

Aufgrund der im Bezug auf den zweiten Behälter höheren Temperatur des ersten Behälters ist vorteilhafterweise der Druck innerhalb des ersten Behälters größer als der Druck innerhalb des zweiten Behälters, sodass aufgrund des erhöhten Druckes eine vergrößerte Expansionsarbeit des Arbeitsfluids ermög ^¬ licht wird. Dadurch wird vorteilhafterweise eine verbesserte Verdichtung des Fluids ermöglicht. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Rückführung des flüssigen Arbeitsfluids aus dem zweiten Behälter in den ersten Behälter.

Dadurch wird vorteilhafterweise eine zyklische Verdichtung des Fluids ermöglicht. Das ist deshalb der Fall, da durch die Verdichtung des Fluids das Arbeitsfluid von dem ersten Behäl ^¬ ter in den zweiten Behälter übergeht. Dies setzt sich solange fort, bis das Arbeitsfluid innerhalb des ersten Behälters vollständig aufgebraucht und innerhalb des zweiten Behälters vorliegt. Um das Fluid daher weiter zu verdichten ist es vorteilhafterweise vorgesehen das Arbeitsfluid aus dem zweiten Behälter in den ersten Behälter rückzuführen. Anschließend kann dem rückgeführten Arbeitsfluid innerhalb des ersten Be ^¬ hälters wieder Wärme, insbesondere Abwärme oder Niedertempe ^¬ raturwärme, zugeführt werden und weiteres Fluid mittels des Arbeitsfluids verdichtet werden. Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn die Rückführung mit einer Pumpe und/oder durch die Wirkung der Schwerkraft erfolgt. Die Rückführung mittels einer Pumpe hat den Nachteil, dass hierzu elektrische Energie erforderlich ist. Um diesen Nachteil zu umgehen, ist es besonders bevorzugt die Rückfüh- rung durch die Wirkung der Schwerkraft auszubilden. Mit anderen Worten weist der zweite Behälter eine höhere geodätische Anordnung als der erste Behälter auf. Dadurch kann das innerhalb des zweiten Behälters angeordnete Arbeitsfluid allein durch die Wirkung der Schwerkraft in den ersten Behälter zu- rückfließen. Vorteilhafterweise ist hierzu keine elektrische Energie erforderlich.

Wird dennoch eine Pumpe zur Rückführung verwendet, so ist es von Vorteil einen thermoelektrischen Generator zur Bereit- Stellung von elektrischer Energie für die Pumpe zu verwenden.

Vorteilhafterweise kann dadurch thermische Energie in elekt ^¬ rische Energie gewandelt werden, die zum Betreiben der Pumpe verwendet werden kann. Dadurch kann vorteilhafterweise die Vorrichtung, trotz Verwendung einer Pumpe zur Rückführung des Arbeitsfluids , ohne oder nahezu ohne Zuführung elektrischer Energie betrieben werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Einleitung des Fluids in den ersten Gasraum und/oder die Einleitung des Arbeitsfluids in den zweiten Gasraum mittels eines Ventils. Vorteilhafterweise kann hierdurch die Einleitung beziehungs ^¬ weise die Ausleitung der jeweiligen Fluide in die jeweiligen Gasräume gesteuert und/oder geregelt werden. Insbesondere sind selbststeuernde Ventile von Vorteil.

Weiterhin ist es für die Ausleitung bevorzugt, wenn die Ausleitung des Fluids aus dem ersten Gasraum und/oder die Ausleitung des Arbeitsfluids aus dem zweiten Gasraum jeweils mittels eines Ventils erfolgt.

Hieraus ergeben sich die gleichen Vorteile wie bereits bei der Einleitung.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die jeweiligen Ventile in Abhängigkeit der räumlichen Position des Trennungselementes geregelt.

Dadurch kann vorteilhafterweise eine automatisierter und ef ^¬ fizienter Betrieb der Vorrichtung, das heißt eine automati- sierte und effiziente Verdichtung des Fluids, erfolgen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Arbeitsfluid ein Fluid verwendet, das wenigstens ein Flu- orketon umfasst.

Insbesondere ist es hierbei von Vorteil als Arbeitsfluid das Fluid mit dem Handelsnamen Novec 649 zu verwenden. Das genannte Arbeitsfluid hat einen Gleichgewichtsdruck von etwa 500 Millibar (0,5 bar) bei einer Temperatur von etwa 30 Grad Celsius und einen Gleichgewichtsdruck von etwa 13 bar bei einer Temperatur von etwa 150 Grad Celsius.

In einem ersten Schritt können die Behälter evakuiert werden. Dann kann der erste Behälter mit dem genannten Arbeitsfluid wenigstens teilweise befüllt werden. Dadurch liegt das einge ^¬ füllte Arbeitsfluid, hier Novec 649, stets bezüglich seiner physikalischen Eigenschaften auf seiner Gleichgewichtskurve. Wird nun dem ersten Behälter Wärme zugeführt, beispielsweise auf eine Temperatur von 150 Grad Celsius, so führt dies zu einem Druck innerhalb des ersten Behälters von etwa 13 bar. Wird der zweite Behälter, beispielsweise durch eine Kühlung, bei etwa 30 Grad Celsius gehalten, so ergibt sich ein Gleich- gewichtsdruck von etwa 500 Millibar für das hier verwendete Arbeitsfluid . Aus dem resultierenden Druckunterschied (zwi ^¬ schen 13 bar und 0,5 bar) kann Expansionsarbeit verrichtet und somit die Verdichtung des Fluids erfolgen. Hierbei kann die Temperatur des ersten und zweiten Behälters annähernd konstant gehalten werden. Weiterhin können andere Arbeits- fluide analog eingesetzt werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird als Trennungselement ein Kolben verwendet.

Mit anderen Worten ist das Trennungselement als Kolben ausge ^¬ bildet. Dadurch bildet die Verdichtungsvorrichtung vorteilhafterweise einen Kolbenverdichter aus. Die Bewegung des Trennungselementes, das heißt des Kolbens, kann eine Linear- bewegung, das heißt eine Auf- und Abwärtsbewegung des Kol ^¬ bens, innerhalb der Verdichtungsvorrichtung sein.

Besonders bevorzugt wird als Trennungselement eine elastische Membran verwendet, wobei die Bewegung des Trennungselementes durch eine Ausdehnung der Membran erfolgt.

Vorteilhafterweise bildet dadurch die Verdichtungsvorrichtung ein Expansionsgefäß aus. Hierbei erfolgt die Verdichtung des Arbeitsfluids durch die Expansion, das heißt durch die Aus- dehnung der Membran. Ein wesentlicher Vorteil hierbei ist, dass hierzu keinerlei mechanische oder bewegbare Bauteile, wie beispielsweise ein Kolben, erforderlich sind. Vorteil ^¬ hafterweise sind zudem keinerlei Schmierstoffe oder Gleit ^¬ stoffe erforderlich.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er ^¬ geben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbei- spielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisiert :

Figur la einen ersten Takt eines erfindungsgemäßen Verfahrens mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Figur lb einen zweiten Takt des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figur 2a einen ersten Takt des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Vorrichtung eine Pumpe umfasst;

Figur 2b einen zweiten Takt des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die

Vorrichtung eine Pumpe umfasst;

Figur 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Verdichtungsvorrichtungen; und

Figur 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Verdichtungsvorrichtungen und einer Mehrzahl von ersten und zweiten Behältern. Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente kön ^¬ nen in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein.

In Figur 1 ist eine schematische Darstellung des ersten Taktes der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt.

Die Vorrichtung 1 umfasst einen ersten und zweiten Behälter 11, 12 sowie eine Verdichtungsvorrichtung 3. Die Verdichtungsvorrichtung 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Kolbenverdichter ausgebildet, sodass diese ein Trennungs- element 33 in Form eines Kolbens aufweist. Das Trennungsele ^¬ ment 33 beziehungsweise der Kolben trennt einen ersten

Gasraum 31 fluiddicht von einem zweiten Gasraum 32 innerhalb der Verdichtungsvorrichtung 3 ab. Weiterhin weist die Vor- richtung 1 wenigstens vier Ventile 2 auf. Hierbei sind die Ventile 2 zur Einleitung eines Fluids oder Arbeitsfluids oder zur Ausleitung der genannten Fluide aus der Verdichtungsvorrichtung 3 beziehungsweise in die Verdichtungsvorrichtung 3 vorgesehen.

In Figur 1 ist ein Zustand (oder Takt) der Vorrichtung 1 dargestellt, bei dem wenigstens ein Teil des Fluids, das ver ^¬ dichtet werden soll, bereits in den ersten Gasraum eingelei- tet wurde (symbolisiert durch die gepunktete Schraffur) . Da ^¬ durch ist der erste Gasraum 31 wenigstens teilweise mit dem verdichteten Fluid befüllt. Der Gasraum 31 weist eine erste und zweite Öffnung auf, wobei mit der ersten Öffnung das Fluid eingeleitet und mit der zweiten Öffnung das verdichtete Fluid aus dem ersten Gasraum 31 ausgeleitet wird. Die Einlei ^¬ tung des Fluids mittels der ersten Öffnung in den ersten Gasraum 31 ist durch die Kennzeichnung T ₃ , P ₃ verdeutlicht, wobei T ₃ der Temperatur des eingeleiteten Fluids und P ₃ dem Druck des eingeleiteten Fluids entspricht. Die Ausleitung des verdichteten Fluids mittels der zweiten Öffnung ist analog mit den Buchstaben T ₄ , P ₄ gekennzeichnet, wobei T ₄ der Tempe ^¬ ratur des ausgeleiteten Fluids und P ₄ dem Druck des ausgelei ^¬ teten verdichteten Fluids entspricht. Weiterhin ist P ₄ größer als P ₃ und/oder T ₄ größer als T ₃ .

Der zweite Gasraum 32 weist, wie bereits der erste Gasraum 31, eine erste Öffnung sowie eine zweite Öffnung auf. Die erste Öffnung des zweiten Gasraumes 32 ist über eines der Ventile 2 mit dem ersten Behälter 11 der Vorrichtung 1 fluidisch gekoppelt. Die erste Öffnung des zweiten Gasraumes 32 ist daher zur Einleitung (symbolisiert durch das Bezugs ^¬ zeichen 301) des Arbeitsfluids , das innerhalb des ersten Be ^¬ hälters 11 angeordnet ist, vorgesehen. Die zweite Öffnung ist zur Ausleitung des genannten Arbeitsfluids aus dem zweiten Gasraum 32 in den zweiten Behälter 12 vorgesehen.

Das Arbeitsfluid innerhalb des ersten Behälters 11 wird bei ^¬ spielsweise durch eine Zuführung von Wärme, insbesondere Ab- wärme oder Niedertemperaturwärme, auf die Temperatur ΤΊ und den Druck Pi gebracht. Die Zuführung der genannten Wärme ist durch den Pfeil 101 und einem Q mit einem über diesem stehenden Punkt (Q-Punkt; zeitliche Änderung der Wärme) symbolisch gekennzeichnet. Weiterhin weist das Arbeitsfluid innerhalb des zweiten Behälters 12 die Temperatur T ₂ sowie den Druck P ₂ auf. Um die Temperatur T ₂ und den Druck P ₂ zu erreichen, ist eine Abfuhr von Wärme, gekennzeichnet durch den Pfeil 102, vorgesehen. Weiterhin ist P ₂ kleiner als Pi und/oder T ₂ klei- ner als ΤΊ. Das Arbeitsfluid innerhalb der Behälter 11, 12 ist jeweils durch die gestrichelte Schraffur gekennzeichnet.

Die Vorrichtung 1 weist eine Rückführung 305 auf, die das Arbeitsfluid vom zweiten Behälter 12 zum ersten Behälter 11 rückführt.

Gemäß des in Figur la dargestellten Taktes wird das Arbeits ^¬ fluid aus dem ersten Behälter 11 mit der Temperatur ΤΊ und dem Druck Pi in den zweiten Gasraum 32 der Verdichtungsvor- richtung 3 eingeleitet (symbolisiert durch das Bezugszeichen 301) . Dies kann beispielsweise über eines der Ventile 2 ge ^¬ steuert oder geregelt werden. Durch die Einleitung oder Öffnung des zugehörigen Ventils 2 geht das flüssige Arbeitsfluid innerhalb des ersten Behälters 11 in seinen gasförmigen Ag- gregatzustand über, sodass dieses in den zweiten Gasraum 32 der Verdichtungsvorrichtung 3 expandiert. Dadurch kann das Arbeitsfluid innerhalb des ersten Behälters 11 beziehungswei ^¬ se das gasförmige Arbeitsfluid innerhalb des zweiten Gasrau ^¬ mes 32 Expansionsarbeit leisten, die in die Bewegung des Trennungselementes 33 gewandelt wird (verdeutlicht durch den Pfeil 42) . Durch die Bewegung des Trennungselementes 33 wird folglich das Volumen des ersten Gasraumes 31 verkleinert, so ^¬ dass eine Verdichtung des sich darin befindenden Fluids erfolgt. Dadurch wird das Fluid innerhalb des ersten Gasraumes 31 auf die Temperatur T ₄ und den Druck P ₄ verdichtet. Nach dessen Verdichtung kann eine Ausleitung (symbolisiert durch das Bezugszeichen 303) des verdichteten Fluids aus dem ersten Gasraum 31 erfolgen. Mit anderen Worten wird im dargestellten Takt das Arbeits- fluid aus dem ersten Behälter 11 in den Gasraum 32 eingeleitet (symbolisiert durch das Bezugszeichen 301) und somit das Fluid innerhalb des ersten Gasraumes 31 verdichtet und nach dessen Verdichtung ausgeleitet (symbolisiert durch das Be ^¬ zugszeichen 303) .

Insbesondere kann es hierbei vorgesehen sein, die Temperatur Ti des ersten Behälters 11 sowie die Temperatur T ₂ des zwei ^¬ ten Behälters 12 jeweils annähernd konstant zu halten.

In Figur lb ist ein weiterer Takt der erfindungsgemäßen Verdichtung dargestellt. Hierbei wird nach der Verdichtung des Fluids das sich im zweiten Gasraum 32 befindende Arbeitsfluid in den zweiten Behälter 12 eingeleitet (symbolisiert durch das Bezugszeichen 304). Die Einleitung erfolgt wenigstens teilweise durch den Druckunterschied der Behälter 31, 32. Das ist deshalb der Fall, da der zweite Behälter 12 einen gerin- geren Druck P ₂ als der erste Behälter 11 (Druck Pi) aufweist. Mit anderen Worten wird nach der Öffnung eines der Ventile 2, das zur Ausleitung 304 des Arbeitsfluids in den zweiten Behälter 12 vorgesehen ist, das Arbeitsfluid im zweiten Gasraum 32 aus diesem in den zweiten Behälter 12 herausgesaugt. Hier- bei sind die Temperatur T ₂ und der Druck P ₂ innerhalb des zweiten Behälters 12 derart eingestellt, dass das Arbeits ^¬ fluid hierbei in seinen flüssigen Aggregatzustand übergeht. Dies kann durch die Abfuhr von Wärme, symbolisiert durch den Pfeil 102, erfolgen.

Weiterhin wird das Trennungselement 33 durch die Ausleitung des Arbeitsfluids in den zweiten Behälter 12 (symbolisiert durch das Bezugszeichen 304) in seine in Figur la dargestellte Position zurückgezogen oder zurückgebracht. Dies ist wie- derum durch den Pfeil 42 in Figur lb verdeutlicht.

Gleichzeitig kann über die erste Öffnung des ersten Gasraumes 31 weiteres Fluid (symbolisiert durch den Pfeil 302) mit ei- ner Temperatur 3 und einem Druck P3 in den ersten Gasraum 31 angesaugt und somit dadurch eingeleitet werden. Im Weiteren kann wiederum die Verdichtung des eingeleiteten Fluids gemäß Figur la erfolgen.

Dadurch ergibt sich ein Kreislauf, der solange fortgesetzt werden kann, bis das Arbeitsfluid nahezu vollständig vom ers ^¬ ten Behälter 11 zum zweiten Behälter 12 übergegangen ist. Zur Fortführung des Kreislaufes ist daher die Rückführung 305 vorgesehen, die das flüssige Arbeitsfluid innerhalb des zwei ^¬ ten Behälters 12 zum ersten Behälter 11 rückführt. Zudem muss dem abgekühlten und rückgeführten Arbeitsfluid wiederum Wärme, symbolisiert durch den Pfeil 101, zugeführt werden. Mit anderen Worten ermöglicht die Vorrichtung 1 eine Verdichtung des Fluids allein durch die Zuführung und Abführung von Wärme, insbesondere von Abwärme oder Niedertemperaturwärme. Vorteilhafterweise ist für die Verdichtung des Fluids zu ^¬ nächst keine elektrische Energie erforderlich.

Die Figuren 2a und 2b stellen im Wesentlichen den gleichen Sachverhalt wie bereits die Figuren la und lb dar. Im Unter ^¬ schied zu den Figuren la und lb ist in den Figuren 2a und 2b die Rückführung 305 des Arbeitsfluids mittels einer Pumpe 6 und einem weiteren Ventil 2 ausgebildet. Zwar ist durch die Pumpe 6 eine Rückführung 305 des Arbeitsfluids vom zweiten Behälter 12 in den ersten Behälter 11 möglich, aber es ist elektrische Energie für ihren Betrieb erforderlich. Soll die Vorrichtung 1 allein mit thermischer Energie betrieben wer- den, so ist es beispielsweise vorgesehen, die Pumpe mittels eines thermoelektrischen Generators, der Wärme in elektrische Energie wandelt, zu betreiben.

Figur 2a entspricht daher im Wesentlichen Figur la, und Figur 2b entspricht im Wesentlichen Figur lb, sodass das unter den Figuren la oder lb Gesagte auch für die Figuren 2a beziehungsweise 2b gilt. Eine besonders bevorzugte Rückführung 305 des Arbeitsfluids ergibt sich, wenn das Arbeitsfluid allein durch die Wirkung der Schwerkraft vom zweiten Behälter 12 in den ersten Behälter 11 rückgeführt wird. Mit anderen Worten weist der zweite Behälter 12 eine höhere geodätische Anordnung als der erste Behälter 11 auf. Dadurch kann vorteilhafterweise die Verwendung von elektrischer Energie oder des thermoelektrischen Generators vermieden werden. Figur 3 zeigt eine zu den Figuren la, lb und 2a, 2b ver ^¬ gleichbare Vorrichtung 1. Im Unterschied zu den genannten Figuren ist in Figur 3 eine Mehrzahl von Verdichtungsvorrichtungen 3 vorgesehen. Jede der Verdichtungsvorrichtungen 3 weist ein Trennungselement 33 sowie einen ersten Gasraum 31 und zweiten Gasraum 32 auf. Die Ein- und Ausleitung des zu verdichtenden Fluids ist aus Gründen der Übersicht nicht dargestellt.

Die Verdichtungsvorrichtungen 3 sind jeweils durch eine ge- meinsame Zuleitung 7 mit dem ersten Behälter 11 und einer gemeinsamen Ableitung 8 mit dem zweiten Behälter 12 verbunden. Mit anderen Worten sind die Verdichtungsvorrichtungen 3 gemäß des Stromes oder Flusses des Arbeitsfluids parallel angeord ^¬ net. Dadurch können vorteilhafterweise Fluktuationen im Mas- senstrom des Arbeitsfluids effizienter ausgeglichen werden.

Jede der Verdichtungsvorrichtungen 3 wird, wie bereits in den Figuren la, lb, 2a und/oder 2b beschrieben, betrieben.

Figur 4 zeigt eine zu Figur 2 vergleichbare Vorrichtung 1. Im Unterschied zu Figur 3 weist die Vorrichtung 1 aus Figur 4 zwei erste Behälter 11 sowie zwei zweite Behälter 12 auf. Die zwei ersten Behälter 11 sind über eine gemeinsame Zuleitung 7 mit der Mehrzahl der Verdichtungsvorrichtungen 3 fluidisch gekoppelt. Weiterhin sind die zwei zweiten Behälter 12 über eine gemeinsame Ableitung 8 mit der Mehrzahl der Verdichtungsvorrichtungen 3 fluidisch gekoppelt. Mit anderen Worten weist die in Figur 4 dargestellte Vorrichtung 1 ein erstes und ein zweites Paar von ersten und zweiten Behälter 11, 12 auf, wobei jedes Paar einen ersten und zweiten Behälter 11, 12 umfasst. Weiterhin weist jedes Paar eine Rückführung 305 des Arbeitsfluids auf, mit der das Arbeitsfluid aus dem dem Paar zugehörigen zweiten Behälter 12 in den dem Paar zugehö- rigen ersten Behälter 11 rückgeführt werden kann.

Der Vorteil der dargestellten Vorrichtung 1 ist, dass diese einen nahezu kontinuierlichen Betrieb der Vorrichtung 1 ermöglicht. Zunächst wird das erste Paar, umfassend einen der ersten Behälter 11 und einen der zweiten Behälter 12, zum Betrieb, das heißt zur Verdichtung des Fluids, verwendet. Ist das Arbeitsfluid des ersten Paares dann nahezu vollständig vom ersten Behälter 11 in den zweiten Behälter 12 übergegangen, so erfolgt mittels der Ventile 2 ein Umschalten, sodass nun das zweite Paar zum weiteren Betrieb der Verdichtungsvorrichtungen 3 herangezogen wird. Währenddessen kann das Arbeitsfluid des ersten Paares vom zweiten Behälter 12 zum ersten Behälter 11 mittels der Rückführung 305 rückgeführt werden. Nach der Rückführung des Arbeitsfluids des ersten Paares ist das erste Paar wieder einsatzbereit. Zu diesem Zeitpunkt kann wiederum durch die Ventile 2 ein Umschalten erfolgen, sodass nun wieder das erste Paar zum Betrieb, das heißt zum Verdichten des Fluids mittels der Verdichtungsvorrichtungen 3, verwendet wird. Während des Betriebes mittels des ersten Paares wird dann analog zum ersten Paar das zweite Paar wie ^¬ der beladen, das heißt das Arbeitsfluid vom zweiten Behälter 12 des zweiten Paares zum ersten Behälter 11 des zweiten Paares rückgeführt und unter der Zufuhr von Wärme (gekennzeichnet durch den Pfeil 101) auf die Temperatur ΤΊ und den Druck Pi gebracht.

Dadurch wird vorteilhafterweise ein annähernd kontinuierli ^¬ cher Betrieb der Mehrzahl von Verdichtungsvorrichtungen 3 ermöglicht. Insbesondere ist es hierbei von Vorteil, die jewei- lige Rückführung 305 mittels der Wirkung der Schwerkraft zu bewirken . Als Arbeitsfluid können Fluide mit den Handelsnamen Novec 649, Novec 7000 und/oder R134A verwendet werden. Weiterhin kann in den Figuren 1 bis 4 anstatt eines Kolbenverdichters ein Expansionsverdichter (engl, expansion vessel) , der eine Membran als Trennungselement aufweist, verwendet werden.

Die Erfindung stellt daher ein Verfahren und eine Vorrichtung 1 bereit, mit der das Fluid nahezu ohne einen Eintrag von elektrischer Energie verdichtet wird, sodass eine thermische Verdichtung des Fluids (thermischer Verdichter) erfolgt.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.