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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Es zeigen:

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. 2 schematische Darstellungen einiger entsprechender Arbeitsphasen des erwähnten, vorgeschlagenen Wärmewandlers,

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;

Fig. 5 bestehend aus Fig. 5A bis 5D Darstellungen entsprechend Fig. 1A, 1C, 1E bzw. 1G einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 bestehend aus Fig. 6A bis 6H schematische Darstellungen entspre¬ chend Fig. 5A bis 5D einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 bestehend aus Fig. 7A bis 7H Darstellungen einer als Motor verwendbaren Ausführungsform der Erfindung in verschiedenen Betriebszuständen entsprechend Fig. 5A bis 5D;

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Volumina, die die bei der

Beschreibung der Fig. 7 erwähnten Arbeitsgasmassen (bl), (or), (ge), (ro), (br) bzw. (gr. während eines Rotorumlaufes einneh¬ men;

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;

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. 13 einen Teil einer Antriebsvorrichtung für die Einrichtung gem. Fig. 11, und

Fig. 14 bestehend aus Fig. 14A bis 14C eine vereinfachte Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, die als Motor verwendet werden kann.

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.

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.

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 Einheit

(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

(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.

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 Abdichtung

⁽ 11) zwischen Gehäuseinnenwand und Rotoraußenfläche.

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 Abdichtung

(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.

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).

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).

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.

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.

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.

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 zwar

- das Arbeitsfluid des der Rohrleitung (18) zugeordneten Systems (S18) durch senkrechte Schraffur ("rot");

- das Arbeitsfluid des der Rohrleitung (20) zugeordneten Systems (S20) durch rechts-schräge Schraffur ("grün");

- das Arbeitsfluid des der Rohrleitung (22) zugeordneten Systems (S22) durch waagerechte Schraffur ("blau") und

- das Arbeitsfluid des der Rohrleitung (24) zugeordneten Systems (S24) durch unterbrochene Kreuzschraffur ("gelb").

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) :

- (S18) in den Einheiten (10) und (14);

- (S20) in den Einheiten (10) und (16);

- (S22) in den Einheiten (12) und (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

- (S18) der Stellung I; - (S20) der Stellung II;

- (S22) der Stellung IV und - (S24) der Stellung 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 zwar

- der Arbeitsraum von (S18) in der Einheit (10);

- der Arbeitsraum von (S20) in der Einheit (16);

• - der Arbeitsraum von (S22) in der Einheit (14) und

- der Arbeitsraum von (S24) in der Einheit (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 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.

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.

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.

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 (t _n ) 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.

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.

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.

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.

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

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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:

Anschlüsse (610a), (612c), (614b), (616d) mit 618;

(610b), (612d), (614c). (616a) mit 620,

(610c), (612a), (614d), (616b) mit 624,

(610d), (612b), (614a), (616c) mit 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.

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.

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.

TABELLE I

Bet ri ebsart: 1 2 3 4 5 6 7 8

Ei nhei t : 10 + + + +

12 + + + +

U + + + - - +

16 + + - + - +

Die obige Tabelle gilt für eine Rotordrehung in Uhrzeigerrichtung. Bei Rotordrehung in Gegenuhrzeigerrichtung kehren sich die Vorzeichen der Wärmeflüsse um.

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.

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, wobei

T4 > T3 >/=/< T2 > T1 ist..

In den Betriebsarten 3 und 6 arbeitet die Einrichtung als Wärmepumpen¬ transformator. Für die Temperaturniveaus gilt hier

Betriebsart 3: T3 > T4 > T2 > T1. Betriebsart 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.

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.

TABELLE 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 22

W: + + + + + + + + - - - - - - - - + + + + + +

Einh.. 10 + + + + + + + + - - - - _. - - _{+ + +}

12 + - - - - + + + + - - - - + + + + - - - + +

14 - - + + + - - + - - + + + - - + + + - - - +

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 (T _u ) 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.

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.

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

i ^β 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.

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 L

(712) ab.

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.

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.

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.

Figur 9 zeigt das Indikatordiagramm der Pendelmasse m_, die die primäre Arbeit leistet, indem sie die Arbeitsmasse m_ durch die Turbine drückt.

Das Indikatordiagramm durch die Turbine strömenden, die Wellenleistung ddeerr TTuurrbbiinnee lleettzzttlliicchh eerrzzeeuuggeennddeen Arbeitsmasse m ist nur durch die

B Extrempunkte 1 und 4 angedeutet,

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.

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) .

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.

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.

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.

Bei 90° (Fig. 11b) haben die Kolben ihre Extremlage erreicht.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.