DE102013114159A1

DE102013114159A1 - Verfahren und Vorrichtungen zur Nutzung von thermischer Energie und zur Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen

Info

Publication number: DE102013114159A1
Application number: DE201310114159
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Rauchschwalbe Arvid De
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2014-10-16

Abstract

Die thermische Energie wird überwiegend erst dann für die Erzeugung von Arbeit genutzt, wenn Temperaturniveaudifferenzen vorliegen, die eine bestimmte Mindesthöhe aufweisen. Ein großer Anteil der zur Zeit eingesetzten Sterlingmotoren weist zudem einen Wirkungsgrad auf, der weit unterhalb des Carnot-Wirkungsgrades liegt. Die angegebenen Verfahren und Vorrichtungen ermöglichen eine Nutzung von thermischer Energie und eine Optimierung der Erzeugung und der Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen. In mindestens einem wärmeisolierten Raum wird mindestens eine Temperaturniveaudifferenz (6) erzeugt. Zwischen dem wärmeisolierten Raum und der Umgebung des wärmeisolierten Raumes werden Wärmemengen ausgetauscht. Die Temperaturniveaudifferenz (6) zwischen dem niedrigeren Temperaturniveau (2) und dem höheren Temperaturniveau (3) des Fluides ist geringer als die Temperaturniveaudifferenz (7) zwischen dem Temperaturniveau aufgrund der ausgetauschten Wärmemengen und dem Temperaturniveau (4) der Umgebung des wärmeisolierten Raums oder des eingesetzten Fluides für die Wärmeübertragung. Die Temperaturniveaudifferenzen (6, 7) können für die Erzeugung von Arbeit genutzt werden. Unter bestimmten Voraussetzungen kann die Erzeugung von Arbeit den Aufwand (5) für die Schaffung der Temperaturniveaudifferenz (6) überwiegen. Außerdem erfolgt eine Optimierung von Wärmekraftmaschinen und Kraft-Wärme-Maschinen. Nutzung von thermischer Energie sowie Optimierung von Wärmekraftmaschinen und Kraft-Wärme-Maschinen.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Nutzung von thermischer Energie und zur Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen. Außerdem sieht die Erfindung die Verwendung dieser Verfahren und Vorrichtungen in einer Anlage zur Speicherung von Energie vor, wenn die Energie in einem wärmeisolierten Raum gespeichert werden muss. Weiterhin richtet sich die Erfindung auf Verfahren zur Temperierung des Fluides eines Kolbenraums.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass das Temperaturniveau eines Fluides oder eines Körpers nur dann für die Erzeugung von Arbeit genutzt werden kann, wenn für die Nutzung dieses Temperaturniveaus ein anderes Fluid oder ein anderer Körper oder ein anderes Volumen des selben Fluides oder ein anderer Bereich des selben Körpers zur Verfügung steht, der ein anderes Temperaturniveau aufweist. Nur wenn eine Temperaturniveaudifferenz vorliegt, kann Arbeit erzeugt werden bzw. ist die Umwandlung in eine höherwertige Energie möglich. Der Unterschied zwischen zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus kann mit einer Wärmekraftmaschine genutzt werden. Sterlingmotoren sind Wärmekraftmaschinen, die keine innere Verbrennung benötigen. Der theoretisch maximale Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine wird durch den Carnot-Wirkungsgrad dargestellt. Der Carnot-Wirkungsgrad rechnet sich aus der Differenz der höchsten Temperatur zur Umgebungstemperatur durch die höchste Temperatur. Für die Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen werden Kraft-Wärme-Maschinen eingesetzt. Der theoretisch maximale Wirkungsgrad einer Kraft-Wärme-Maschine wird durch die Carnot'sche Leistungszahl dargestellt. Die Carnot'sche Leistungszahl rechnet sich aus der höchsten Temperatur durch die Differenz der höchsten Temperatur zur Umgebungstemperatur. Bei der Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen mit Hilfe einer Wärmekraftmaschine kann maximal der Carnot-Wirkungsgrad erreichen. Die Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen aufgrund des Einsatzes einer Kraft-Wärme-Maschine kann maximal mit der Carnot'sche Leistungszahl umgesetzt werden. Der reale Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine liegt unterhalb des Carnot-Wirkungsgrades und der tatsächliche Wirkungsgrad einer Kraft-Wärme-Maschine ist geringer als die Carnot'sche Leistungszahl. Ein großer Anteil der Sterlingmotoren, die zur Zeit eingesetzt werden, um Temperaturniveaudifferenzen zu nutzen, weisen einen Wirkungsgrad auf, der weit unterhalb des Carnot-Wirkungsgrades liegt. Der Wirkungsgrad der Kraft-Wärme-Maschinen, die eingesetzt werden, um Temperaturniveaudifferenzen zu erzeugen, ist ebenfalls geringer als die Carnot'sche Leistungzahl. Aus den oben genannten Gründen werden zur Zeit überwiegend nur Temperaturniveaudifferenzen für die Erzeugung von mechanischer Arbeit genutzt, die eine bestimmte Mindesthöhe aufweisen. Geringere Temperaturniveaudifferenzen, die unterhalb einer bestimmten Mindesthöhe liegen, werden für die Erzeugung von mechanischer Arbeit in der Regel nicht verwertet. Zudem werden überwiegend Verbrennungsmotoren und Kraftwerke mit Verbrennungsvorgängen für die Erzeugung von mechanischer Arbeit eingesetzt, bei denen diese Nutzung der Temperaturniveaudifferenzen erfolgt. Die thermische Energie kann nur genutzt werden, wenn Temperaturniveaudifferenzen in einer ausreichenden Höhe vorliegen. Es ist erforderlich, dass die Temperaturniveaudifferenzen möglichst groß sind, wenn diese mit Hilfe einer Wärmekraftmaschine genutzt werden. Bis heute gibt es zu den oben angeführten Möglichkeiten keine Alternative. Für eine Betrachtung zum Stand der Technik können unter anderem die folgenden Schriften berücksichtigen werden, die die SIGNO-Experten ermittelt haben. Mit der DE 10 2007 062 580 A1 wird ein Verfahren zur Rückgewinnung der Verlustwärme einer Verbrennungskraftmaschine beschrieben. Die DE 10 2005 054 155 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Überführung eines Arbeitsmedium aus einem flüssigen in einem dampfförmigen Zustand. Mit der DE 60 2004 008 461 T2 wird ein Verfahen zum Kühlen eines Produktes, besonders zur Verflüssigung eines Gases und der Vorrichtung für die Durchführung dieses Verfahrens erläutert. Die DE 600 17 824 T2 beschreibt ein Kühl- und Klimatisierungssystem und die DE 28 06 843 A1 ein Verfahren und ein System zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie. Diese Veröffentlichungen bestätigen die oben dargestellte Problematik.
Aufgabe
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtungen anzugeben, die eine Nutzung von thermischer Energie ermöglichen, und/oder die zu einer Optimierung der Erzeugung und/oder der Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen führen.
Darstellung der Lösung
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Nutzung von thermischer Energie gelöst,
wobei in einem wärmeisolierten Raum eine Temperaturniveaudifferenz erzeugt wird, und wobei ein Austausch von Wärmemengen zwischen diesem wärmeisolierten Raum und der Umgebung des wärmeisolierten Raums erfolgt, und
wobei die Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz umgesetzt wird, die zwischen einem niedrigeren Temperaturniveau besteht, welches aufgrund der Wärmemengen, die zwischen diesem wärmeisolierten Raum und der Umgebung des wärmeisolierten Raums ausgetauscht werden, vorhanden ist, und einem höheren Temperaturniveau, welches außerhalb des wärmeisolierten Raums vorliegt. Zum Beispiel mit einem Verfahren zur Nutzung von thermischer Energie durch die Erzeugung einer Temperaturniveaudifferenz,
wobei aufgrund von hervorgerufenen Zustandsänderungen eines Fluides Wärmemengen erzeugt werden, bei denen die Verdampfungswärmemengen überwiegen, und
wobei die Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz erfolgt, die zwischen einem Temperaturniveau besteht, welches aufgrund der Verdampfungswärme des Fluides in einem wärmeisolierten Raum erzeugt wird, und einem Temperaturniveau, welches außerhalb des wärmeisolierten Raumes vorliegt. Die Höhe der geschaffenen Temperaturniveaudifferenzen und damit der Aufwand für die Erzeugung der Temperaturniveaudifferenzen ist von dem erzeugten Verhältnis zwischen den Verdampfungswärmemengen und den Kondensationswärmemengen einschließlich der Wärmemengen, die aufgrund der hervorgerufenen Zustandsänderungen des Fluides für den Phasenwechsel erzeugt werden, abhängig. Deshalb kann der Aufwand für die Schaffung der Temperaturniveaudifferenzen minimiert werden, weil aufgrund der hervorgerufenen Zustandsänderungen des Fluides für den Phasenwechsel in dem wärmeisolierten Raum möglichst große Verdampfungswärmemengen und möglichst geringe Kondensationswärmemengen erzeugt werden, wobei die Wärmemengen berücksichtigt werden, die aufgrund der hervorgerufenen Zustandsänderungen des Fluides für den Phasenwechsel auftreten. Die Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, denen die benötigten Wärmemengen für die Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel entzogen wurden, werden in eine Wärmekraftmaschine eingeführt. In der Wärmekraftmaschine erfolgt die Nutzung der Temperaturniveaudifferenz zwischen einem niedrigeren Temperaturniveau der Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, denen die benötigten Wärmemengen für die Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel entzogen wurden, und einem höheren Temperaturniveau von Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, die nicht aus dem selben wärmeisolierten Raum abgeleitet wurden. Aus diesem Grund besteht die genutzte Temperaturniveaudifferenz zwischen dem Temperaturniveau der Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, denen die benötigten Wärmemengen für die Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel entzogen wurden, und dem Temperaturniveau der Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, die sich außerhalb des wärmeisolierten Raums befinden. Diese Temperaturniveaudifferenz ist unter anderem von dem Temperaturniveau für die Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel und von dem Temperaturniveau der Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung abhängig, die sich außerhalb des wärmeisolierten Raums befinden. Dies ist vorteilhaft, weil die Höhe der genutzten Temperaturniveaudifferenzen festgelegt werden kann. Die Temperaturniveaudifferenzen können so hoch sein, dass die Erzeugung von Arbeit aufgrund der Nutzung der Temperaturniveaudifferenz den Aufwand für die Schaffung der Verdampfungswärmemengen übertrifft. Abgesehen von der Nutzung der Temperaturniveaudifferenzen durch Wärmekraftmaschinen können andere Vorrichtungen für die Nutzung der Temperaturniveaudifferenzen eingesetzt werden. Wenn die Verdampfungswärmemengen der jeweiligen Vorrichtung nicht überwiegen oder wenn Vorrichtungen für die Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen verwendet werden, die kein Fluid für den Phasenwechsel aufweisen, muss eine bestimmte Wärmemenge, deren Größe von den vorliegenden Temperaturniveaudifferenzen abhängt, die innerhalb und außerhalb des wärmeisolierten Raums vorliegen, durch eine Nutzung der Temperaturniveaudifferenz innerhalb des wärmeisolierten Raums abgebaut werden. Die verschiedenen Vorrichtungen oder Verfahren können miteinander kombiniert werden, wenn dadurch der Wirkungsgrad und/oder der Aufbau der Vorrichtungen optimiert wird.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht deshalb außerdem vor, dass eine Temperaturniveaudifferenz genutzt wird, die in dem wärmeisolierten Raum vorliegt. Zum Beispiel, dass eine Temperaturniveaudifferenz genutzt wird, die zwischen einem Temperaturniveau besteht, das aufgrund der Verdampfungswärme eines Fluides in dem wärmeisolierten Raum erzeugt wird, und einem Temperaturniveau, das aufgrund der Kondensationswärmemengen einschließlich der Wärmemengen, die aufgrund der hervorgerufenen Zustandsänderungen des Fluides für den Phasenwechsel erzeugt werden, vorliegt. Die Nutzung der Temperaturniveaudifferenz, die zwischen dem Temperaturniveau besteht, bei der das Fluid für den Phasenwechsel verdampft und dem Temperaturniveau bei der die Kondensationswärme sowie die Wärmemengen für die Erhöhung des Druckniveaus des Fluides für den Phasenwechsel etc. abgegeben werden, ist vorteilhaft, weil zum Beispiel zusätzliche mechanische Arbeit erzeugt wird und die abgeführte Arbeit oder die Erzeugung anderer Leistungen den produzierten Wärmemengen entzogen wird. Die Nutzung dieser Temperaturniveaudifferenz kann zusätzlich zu der Nutzung der Temperaturniveaudifferenz erfolgen, die zwischen dem Temperaturniveau der Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung besteht, denen die benötigten Wärmemengen für die Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel entzogen wurden, und dem Temperaturniveau der Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, die sich außerhalb des wärmeisolierten Raums befinden.
Für die oben angeführten Verfahren wird ein Verfahren zur Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen genutzt,
wobei in einem wärmeisolierten Raum eine Temperaturniveaudifferenz erzeugt wird, und wobei ein Austausch von Wärmemengen zwischen diesem wärmeisolierten Raum und der Umgebung des wärmeisolierten Raums erfolgt, und
wobei eine Temperaturniveaudifferenz erzeugt wird, die zwischen einem niedrigeren Temperaturniveau besteht, welches aufgrund der Wärmemengen, die zwischen diesem wärmeisolierten Raum und der Umgebung des wärmeisolierten Raums ausgetauscht werden, vorhanden ist, und einem höheren Temperaturniveau, welches außerhalb des wärmeisolierten Raums vorliegt.
Des Weiteren wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, welche die Merkmale nach Anspruch 4 aufweist. Der Einsatz von wärmeisolierten Begrenzungen des Raums, innerhalb der eine oder mehrere Vorrichtungen für die Erzeugung der Temperaturniveaudifferenzen, zum Beispiel für die Schaffung der Zustandsänderungen des Fluides für den Phasenwechsel, angeordnet sind, und/oder die wärmeisolierten Begrenzungen einer Vorrichtung für die Erzeugung der Temperaturniveaudifferenzen, zum Beispiel für die Schaffung der Zustandsänderungen des Fluides für den Phasenwechsel, die innerhalb des wärmeisolierten Raums angeordnet sind, sind vorteilhaft, weil aufgrund der wärmeisolierten Begrenzungen die Bereiche, in denen unterschiedliche Temperaturniveaus vorliegen, voneinander abgegrenzt werden. Aus diesem Grund kann die Höhe der Temperaturniveaudifferenz festgelegt werden, die für die Erzeugung von mechanischer Arbeit genutzt wird, weil die Temperaturniveaudifferenz zwischen den voneinander abgetrennten Bereichen genutzt wird. Aufgrund des Einsatzes von Vorrichtungen, die die Zufuhr und Abgabe von Wärmemengen ermöglichen, wie zum Beispiel Kreisläufe mit einem Fluid zur Wärmeübertragung, die Wärmetauscherflächen oder Ventile und/oder Schieber aufweisen, wird die Regulierung der Übertragung der Wärmemengen zwischen den verschiedenen Bereichen ermöglicht.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass innerhalb des wärmeisolierten Raumes mindestens eine Vorrichtung zur Nutzung der Temperaturniveaudifferenzen angeordnet ist. Diese Vorrichtung, die die Temperaturniveaudifferenz nutzt, die zwischen dem Temperaturniveau besteht, bei der zum Beispiel das Fluid für den Phasenwechsel verdampft und dem Temperaturniveau bei der die Kondensationswärme sowie die Wärmemengen für die Erhöhung des Druckniveaus des Fluides für den Phasenwechsel etc. abgegeben werden, ist vorteilhaft, weil zusätzliche mechanische Arbeit erzeugt wird und die abgeführte mechanische Arbeit oder andere Leistungen den erzeugten Wärmemengen entzogen wird.
Für die Lösung der Aufgabe wird außerdem ein Verfahren genutzt, welches die Merkmale nach Anspruch 6 aufweist.
Des Weiteren wird für die Lösung der Aufgabe eine Vorrichtung genutzt, welche die Merkmale nach Anspruch 7 auszeichnet.
Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, welches die Merkmale nach Anspruch 8 aufweist. Das Verfahren zur Temperierung des Fluides eines Kolbenraums kann bei den Verfahren und Vorrichtungen der vorstehenden sowie der folgenden Ansprüche eingesetzt werden. Bei der Nutzung einer Vorrichtung für die Erzeugung von Zustandsänderungen des Fluides bzw. für die Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen kann das Verfahren zur Temperierung des Fluides des Kolbenraums eingesetzt werden, um das Temperaturniveau bei einer Kompression des Fluides für den Phasenwechsel möglichst weitgehend konstant zu halten, wenn keine adiabatische Kompression erfolgt. Abgesehen von dem Einsatz in Kraft-Wärme-Maschinen ist der Einsatz des Verfahrens bei der Nutzung von Wärmekraftmaschinen vorteilhaft. Das Verfahren wird verwendet, um das Fluid des Kolbenraums einer Wärmekraftmaschine zu temperieren. Bei einer Kompression des Fluides kann das Temperaturniveau des Fluides durch den Einsatz eines Verdrängers verringert werden bzw. das Fluid wird durch den Einsatz eines Verdrängers gekühlt, wenn die weiteren Bedingungen für eine Temperierung des Fluides des Kolbenraums angepasst werden. Bei einer Expansion des Fluides im Kolbenraum kann das Temperaturniveau des Fluides durch den Einsatz eines Verdrängers auf einem höheren Niveau gehalten werden, wenn die weiteren Bedingungen für eine Temperierung des Fluides des Kolbenraums berücksichtigt werden, und wenn keine adiabatische Expansion vorgesehen ist. Bei einer Erhöhung oder Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides des Kolbenraums einer Wärmekraftmaschine kann ebenfalls ein Verdränger eingesetzt werden. Der Einsatz eines Verdrängers bzw. einer Strömungshilfe kann mit dem Einsatz weiterer Bestandteile, die im Folgenden beschrieben werden, kombiniert werden. Nachstehend werden weitere Verfahren und Vorrichtungen erläutert, die für eine Optimierung des Einsatzes von Kraft-Wärme-Maschinen und Wärmekraftmaschinen verwendet werden.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen ist unter anderem die Temperierung von Fluiden, zum Beispiel von Stickstoff, Luft und Wasserstoff möglich. In einem Kältespeicher können die Fluide nach einer Temperierung in einem flüssigen und/oder festen Zustand vorliegen. Der Aufwand für die Temperierung kann in Form der Phasen- und/oder Temperaturniveauänderung in einen wärmeisolierten Raum zwischengespeichert werden. Wenn die Energie in Form von Wärme gespeichert werden muss, kann an einem Wärmespeicher eine erfindungsgemäße Vorrichtung angeordnet werden, die die thermische Energie, die aus dem Wärmespeicher abgerufen wird, für die Erzeugung von Arbeit bzw. für die Umwandlung in eine höherwertige Energieform nutzt. Das Temperaturniveau der Fluide, die aus dem Kältespeicher abgeleitet werden, kann für die Nutzung der Temperaturniveaudifferenzen annähernd auf das Temperaturniveau der Umgebung der Vorrichtung erhöht werden. Zusätzlich kann das Temperaturniveau der Fluide aufgrund der Wärme erhöht werden, die aus einem Wärmespeicher abgeführt wird und/oder die bei einer Verbrennung, zum Beispiel von Wasserstoff, entsteht. Aus diesem Grund sieht die Erfindung außerdem die Verwendung von einem oder mehrerer Verfahren oder von einer Vorrichtung oder mehreren Vorrichtungen nach den vorhergehenden Ansprüchen in einer Anlage zur Speicherung von Energie, bei der die Energie in einem wärmeisolierten Raum gespeichert wird, vor.
Für die Umwandlung der thermischen Energie können die Verfahren und/oder Vorrichtungen der vorgestellten und folgenden Ansprüche eingesetzt werden. Außerdem wird im Folgenden eine weitere Optimierung des Einsatzes von Kraft-Wärme-Maschinen und Wärmekraftmaschinen beschrieben, sowie die Möglichkeit, diese Maschinen möglichst weitgehend an das jeweilige Prozessziel anzupassen. Aufgrund der Erzeugung und Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen ist die Umwandlung von thermischer Energie in eine höherwertige Energieform möglich, wobei das Temperaturniveau der Umgebung der Vorrichtung genutzt werden kann. Deshalb sieht die Erfindung den Einsatz eines Verfahrens zur Erzeugung einer höherwertigen Energieform aufgrund der Nutzung von thermischer Energie,
wobei in einem wärmeisolierten Raum eine Temperaturniveaudifferenz erzeugt wird, und wobei diese Temperaturniveaudifferenz für die Schaffung von mindestens einer weiteren Temperaturniveaudifferenz genutzt wird, und wobei mindestens eine Temperaturniveaudifferenz für die Erzeugung von Arbeit genutzt wird, vor.
Es besteht die Möglichkeit, dass Temperaturniveaudifferenzen erzeugt werden. Dabei wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen,
wobei in einem wärmeisolierten Raum eine Temperaturniveaudifferenz erzeugt wird, und wobei diese Temperaturniveaudifferenz für die Schaffung von mindestens einer weiteren Temperaturniveaudifferenzen genutzt wird, verwendet.
Schließlich wird zur Lösung der Aufgabe ein Maschinenprogramm zur Konfiguration oder Anpassung oder Prozessführung oder Steuerung eines oder mehrerer Verfahren oder einer oder mehrerer Vorrichtungen nach den vorhergehenden Ansprüchen eingesetzt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der jeweiligen erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen, unabhängig von der Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Die vorgenannten sowie beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Form, Gestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeptionen keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können. Die folgenden näheren Erläuterungen und sechs Zeichnungen beschreiben die Erfindung beispielhaft.
Es zeigen schematisch:
1 ein Diagramm eines Verfahrens zur Schaffung und Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen, und
2 einen Längsschnitt durch einen wärmeisolierten Fluidraum, in dem eine Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen angeordnet ist, und in der der Einsatz einer Vorrichtung zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen möglich ist, und
3 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen, in der ein Kreislauf mit einem Fluid für den Phasenwechsel angeordnet ist, der innerhalb bestimmter Abschnitte an andere Kreisläufe grenzt, in denen ein Fluid zur Wärmeübertragung zirkuliert, und
4 einen Längsschnitt einer Kolbenmaschine mit einem inneren Zylinder, in dem mindestens ein Kolben, der an den Seitenwänden des Zylinders anliegt, oder mindestens ein Plungerkolben eingesetzt wird, und in dem der Einsatz mindestens einer Strömungshilfe und/oder mindestens einer Isolationshilfe möglich ist, und mit einem äußeren Zylinder, wobei zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder die Anordnung von Fluidräumen für ein Fluid zur Wärmeübertragung, welches mit einem angepassten Druckniveau an Wärmetauscherflächen geführt wird, sowie von Verdrängern möglich ist, und
5 einen Längsschnitt einer Kolbenmaschine mit einem unbeweglichen inneren Zylinder, der in zwei Fluidräume unterteilt ist, zwischen denen ein Kolben angeordnet ist, der an den Seitenwänden des Zylinders anliegt, wobei in jedem der beiden Fluidräume der Einsatz mindestens einer Strömungshilfe und/oder mindestens einer Isolationshilfe möglich ist, und mit einem verschiebbaren äußeren Zylinder, der an den beiden Enden offene Seiten aufweist, wobei zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder die Anordnung von Fluidräumen für ein Fluid zur Wärmeübertragung, welches mit einem angepassten Druckniveau an Wärmetauscherflächen geführt wird, möglich ist, und
6 einen Längsschnitt einer Kolbenmaschine mit einem inneren Zylinder, in dem mindestens ein Kolben, der an den Seitenwänden des Zylinders anliegt, oder mindestens ein Plungerkolben eingesetzt wird, und der in zwei Bereiche des Fluidraumes des inneren Zylinders unterteilt ist, zwischen denen ein Verdränger angeordnet ist, der Regeneratoren aufweisen kann, wobei in jedem der beiden Bereiche des Fluidraums der Einsatz mindestens einer Strömungshilfe und/oder mindestens einer Isolationshilfe möglich ist, und mit einem äußeren Zylinder, wobei zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder die Anordnung von Fluidräumen für ein Fluid zur Wärmeübertragung, welches mit einem angepassten Druckniveau an Wärmetauscherflächen geführt wird, sowie von Verdrängern möglich ist.
Ausführung der Erfindung
Die 1 zeigt das Prinzip des Verfahrens zur Schaffung und Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen. Es handelt sich um eine schematische Darstellung des Prinzips, welches insgesamt mit 1 bezeichnet wird. Die unterste Linie stellt das Temperaturniveau 2 zur Verdampfung eines Fluides für den Phasenwechsel dar. Die kürzere Linie, die oberhalb des Temperaturniveaus 2 verläuft, veranschaulicht das Temperaturniveau 3 zur Kondensation dieses Fluides für den Phasenwechsel. Mit diesem Temperaturniveau 3 wird die Wärme abgeführt. Die abgeführte Wärme besteht aus der Kondensationswärme des Fluides für den Phasenwechsel und der Wärme, die unter anderem aufgrund der Kompression des Fluides für den Phasenwechsel entstanden ist. Die Länge der untersten Linie 2 steht beispielhaft für die Wärmemenge, die von dem Fluid für den Phasenwechsel aufgenommen wird, die Länge der obere Linie 3 stellt die Wärmemenge dar, die bei dem Phasenwechsel des Fluides abgegeben wird. Zu Veranschaulichung können sich die Linien 2 und 3 innerhalb eines Rechteckes befinden, der einen wärmeisolierten Raum darstellt. Die längste Linie 4, die oberhalb des Temperaturniveaus 2 angeordnet ist, stellt ein erhöhtes Temperaturniveau 4 eines Fluides zur Wärmeübertragung oder das Temperaturniveau 4 der Umgebung des wärmeisolierten Raums dar. Die Linie 4 befindet sich außerhalb des wärmeisolierten Raums, in denen die Linien 2 und 3 angeordnet werden können. Der Abstand zwischen der Linie für das Temperaturniveau 3 zur Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel und der obersten Linie für das erhöhte Temperaturniveau 4 eines Fluides zur Wärmeübertragung oder das Temperaturniveau 4 der Umgebung stellt ein Vielfaches des Abstandes zwischen der untersten Linie für das Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel und der kürzeren Linie für das Temperaturniveau 3 zur Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel dar. Um den Phasenwechsel des Fluides zu erzeugen, ist Arbeit 5 für die Änderung des Druckniveaus des Fluides für den Phasenwechsel aufzuwenden. Der Phasenwechsel des Fluides zwischen dem Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides und dem Temperaturniveau 3 zur Kondensation des Fluides ist mit einer Änderung des Druckniveaus des Fluides für den Phasenwechsel verbunden. Es wird eine Temperaturniveaudifferenz 6 geschaffen zwischen dem Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides und dem Temperaturniveau 3 zur Kondensation des Fluides. In Abhängigkeit von der eingesetzten Vorrichtung kann der Arbeitsaufwand 5 für die Erzeugung der Temperaturniveaudifferenz 6 wesentlich höher sein als der Arbeitsaufwand nach der Carnot'sche Leistungszahl. Die Temperaturniveaudifferenz 6 zwischen dem Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides und dem Temperaturniveau 3 zur Kondensation des Fluides kann genutzt werden. Wenn diese Temperaturniveaudifferenz 6 genutzt wird, wird Arbeit oder eine andere Leistung bei der Verringerung der Differenz 6 zwischen dem Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides und dem Temperaturniveau 3 zur Kondensation des Fluides abgegeben. Der abgegebene Arbeitsbetrag bzw. der Energiegewinn bei der Nutzung der Temperaturniveaudifferenz 6 ist geringer als der Arbeitsgewinn, welcher nach dem Carnot-Wirkungsgrad möglich ist. Der Arbeitsgewinn aufgrund der Nutzung der Temperaturniveaudifferenz 6 ist kleiner als bei einer Nutzung der Temperaturniveaudifferenz 6 mit dem Carnot-Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad kann zum Beispiel kleiner sein als die Hälfte des Carnot-Wirkungsgrades. Auf der Höhe des Temperaturniveaus 3 zur Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel gibt das Fluid für den Phasenwechsel eine bestimmte Wärmemenge ab. Die abgegebene Wärmemenge auf der Höhe des Temperaturniveaus 3 setzt sich aus der Wärme zusammen, die aufgrund der Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel abgegeben wird, und aus der Wärmemenge, die aufgrund der Komprimierung des Fluides für den Phasenwechsel entstanden ist. Der Phasenwechsel wird so gestaltet, dass die abgeführte Wärmemenge auf der Höhe des Temperaturniveaus 3 möglichst klein ist. Bei der Kondensation des Fluides wird eine möglichst geringe Wärmemenge abgegeben, die aufgrund des Phasenwechsels und der Erhöhung des Druckniveaus des Fluides entsteht. Bei der Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel wird nur die Wärmemenge abgeführt, die unbedingt erforderlich ist, damit ein ausreichend großer Anteil des Volumens des Fluides für den Phasenwechsel kondensiert, und die notwendig ist, damit dieser Phasenwechsel für einen ausreichend langen Zeitraum stabil bleibt. Zusätzlich zu der Wärmemenge aufgrund der Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel wird die Wärmemenge abgeführt, die aufgrund der Erhöhung des Druckniveau des Fluides für den Phasenwechsel entstanden ist. Die Wärmemenge, die wegen der Erhöhung des Druckniveaus des Fluides für den Phasenwechsel erzeugt wird, kann nicht höher sein als die Arbeit für die adiabatische Kompression des Fluides und die anschließende Komprimierung des Fluides für den Phasenwechsel, die mit einer Temperierung des Fluides verbunden ist, einschließlich der Verschiebearbeit des Fluides der Umgebung aufgrund der Volumenverkleinerung sowie weiterer Wärmemengen, die aufgrund der jeweiligen Prozessführung entstehen, zum Beispiel aufgrund von Reibungen etc. Die aufzuwendende Arbeit 5, die von außen zugeführt wird, ist niedriger, als die Wärme, die aufgrund der Kompression auf dem Temperaturniveau 3 abgegeben wird, weil die Verschiebearbeit des Fluides der Umgebung nicht Bestandteil des Arbeitsaufwandes 5 ist. Die zugeführte Arbeit 5 ist das Produkt aus dem Unterschied zwischen dem Ausgangsdruckniveau und dem erhöhten Druckniveau nach der Komprimierung und aus der Volumenveränderung aufgrund der Komprimierung des Fluides für den Phasenwechsel. Zum Vergleich kann das Produkt aus der Druckniveaudifferenz des Fluides für den Phasenwechsel und dem gesamten Volumen des Fluides für den Phasenwechsel betrachtet werden, wie zum Beispiel in der Tabelle 7 für die Kolbenräume von insgesamt einem Kubikmeter. Für eine genauere Betrachtung wird das Volumen berücksichtigt, welches nach der Kompression und dem Phasenwechsel des Fluides in den Kolbenräumen verbleibt. Die unterste Linie stellt das Temperaturniveau 2 zur Verdampfung eines Fluides für den Phasenwechsel dar. Mit diesem Temperaturniveau 2 verdampft das Fluid für den Phasenwechsel. Für diesen Phasenwechsel wird dem Fluid für den Phasenwechsel Wärme zugeführt. Der Phasenwechsel wird so gestaltet, dass die Wärmemenge, die zugeführt wird, möglichst groß ist. Es wird eine Prozessführung umgesetzt, bei der der Unterschied zwischen einer möglichst großen Wärmemenge, die aufgrund der Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel mit dem Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides aufgenommen wird, und einer möglichst kleinen Wärmemenge, die aufgrund der Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel mit dem Temperaturniveau 3 zur Kondensation des Fluides abgegeben wird, möglichst weitgehend maximiert wird. Die Wärmemenge, die aufgenommen wird, ist möglichst groß und die Wärmemenge, die abgegeben wird, ist möglichst klein. Dabei ist die Wärmemenge zu berücksichtigen, die aufgrund der Kompression des Fluides für den Phasenwechsel erzeugt wird. Es entstehen zusätzliche Wärmemengen aufgrund von Reibungen. Die 3, 4, 5, 6 beschreiben unter anderem Vorrichtungen, bei denen der Prozessablauf mit möglichst geringen Reibungsverlusten umgesetzt wird, zum Beispiel aufgrund der Nutzung eines gemeinsamen weiterer Fluidraum für mehrere Kolbenräume und/oder wegen der Anpassung des Druckniveaus oder der Höhe der Dichtungen der Kolben etc. Die Wärmemengen der Reibungen sind unter anderem von dem Einsatz der jeweiligen Vorrichtungen abhängig, aus diesem Grund werden diese Wärmemengen im Folgenden nicht zu den beschriebenen Wärmemengen addiert.
Die Temperaturniveaudifferenz 6 zwischen dem Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides und dem Temperaturniveau 3 zur Kondensation des Fluides kann genutzt werden.
Wenn diese Temperaturniveaudifferenz 6 genutzt wird, wird Arbeit oder eine andere Leistung bei der Verringerung der Differenz 6 zwischen dem Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides und dem Temperaturniveau 3 zur Kondensation des Fluides abgegeben. Die verbliebene Wärme wird durch ein Fluid zur Wärmeübertragung aufgenommen. Die abgeführte Wärme besteht aus der Kondensationswärme des Fluides für den Phasenwechsel und aus der Wärme, die aufgrund der Kompression des Fluides für den Phasenwechsel entstanden ist. Die folgende Verringerung des Temperaturniveaus des Fluides zur Wärmeübertragung erfolgt aufgrund des Wärmeentzugs bei der Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel mit dem Temperaturniveau 2. Die Wärmemenge, die von dem Fluid für den Phasenwechsel aufgrund der Kondensation und der Kompression abgegeben wird, wird durch die Wärmemenge, die mit dem Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel aufgenommen wird, auf das Temperaturniveau 2 oder auf ein vergleichbares Temperaturniveau verringert. Diese Verringerung kann nach einer Nutzung der Temperaturniveaudifferenz 6 zwischen dem Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides und dem Temperaturniveau 3 zur Kondensation des Fluides erfolgen. Wenn die Temperaturniveaudifferenz 6 zwischen dem Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides und dem Temperaturniveau 3 zur Kondensation des Fluides nicht genutzt wird, wird keine Arbeit und keine andere Leistung aufgrund der Verringerung dieser Temperaturniveaudifferenz erzeugt. Für die Weiterleitung der Wärme wird das Temperaturniveau eines bestimmten Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung erhöht. Diese Erhöhung des Temperaturniveaus erfolgt aufgrund der Aufnahme der Wärmemenge, die mit dem Temperaturniveau 3 zur Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel abgegeben wird. Das Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, welches die Wärme aufgenommen hat, wird weitergeleitet. Im Anschluss an eine oder mehrere Weiterleitungen wird das Temperaturniveau des jeweiligen Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung wieder verringert. Die Verringerung des Temperaturniveaus erfolgt durch die Abgabe einer Wärmemenge. Die abgegebene Wärmemenge wird aufgrund der Verdampfung von dem Fluid für den Phasenwechsel mit dem Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel aufgenommen. Die Wärmemenge, die mit dem Temperaturniveau 3 zur Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel abgegeben wird, ist möglichst klein, und die Wärmemenge, die mit dem Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel aufgenommen wird, ist möglichst groß. Der Vorgang der Wärmeabgabe und der Wärmeaufnahme bei der Erzeugung der Temperaturniveaudifferenz 6 erfolgt in einem wärmeisolierten Raum. Für eine Weiterleitung der Wärmemengen werden Fluide zur Wärmeübertragung und/oder andere Materialien eingesetzt. Das Temperaturniveau der jeweiligen Fluide zur Wärmeübertragung, die sich in einem abgetrennten, wärmeisolierter Fluidraum befinden, entspricht dem Temperaturniveau, welches für einen Wärmeaustausch vorgesehen ist. Zum Beispiel können die Fluide zur Wärmeübertragung, die die Wärmemengen für die Verdampfung des Fluides abgeben, möglichst weitgehend das Temperaturniveau 2 zur Verdampfung der Fluide aufweisen. Die Temperaturniveaudifferenz 6 wird in einem wärmeisolierten Fluidraum erzeugt. Dort ensteht das Temperaturniveau 2 der untersten Linie zur Verdampfung eines Fluides für den Phasenwechsel, und das Temperaturniveau 3 der kürzeren Linie, die oberhalb des Temperaturniveaus 2 verläuft, und die das Temperaturniveau 3 zur Kondensation dieses Fluides für den Phasenwechsel veranschaulicht. Die Wärmemengen, die von dem Fluid für den Phasenwechsel auf dem Temperaturniveau 2 aufgenommen werden, und die nicht für die Verringerung des Temperaturniveaus benötigt werden, die das Temperaturniveau des Fluides für die Wärmeübertragung kühlen, welches vorher die Wärmemengen auf dem Temperaturniveau 3 aufgenommen hat, können von außerhalb in den wärmeisolierten Fluidraum eingeführt werden. Die Zuführung von weiteren Wärmemengen erfolgt über ein Fluid zur Wärmeübertragung, welches von außen in den wärmeisolierten Fluidraum eingeleitet wird. Das Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, welches von außen in den wärmeisolierten Fluidraum eingeführt wird, kann innerhalb des wärmeisolierten Fluidraums in einen Behälter eingeleitet werden, in denen sich ein größeres Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung befindet, welches ein niedrigeres Temperaturniveau aufweist. Das Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, welches von außen in den wärmeisolierten Fluidraum eingeführt wird, wird nach einer bestimmten Zeitdauer wieder abgeführt. Dabei ist die Wärmespeicherfähigkeit des Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung, welche in den wärmeisolierten Fluidraum eingeleitet und wieder abgeführt wird, im Verhältnis zu dem Volumen etc., in das es eingeführt wird, so klein, dass dieses Volumen möglichst weitgehend an das Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel angepasst wird. Das Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, welches aus dem wärmeisolierten Fluidraum abgeleitet wird, weist möglichst weitgehend das Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel auf. Das Temperaturniveau des abgeführten Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung ist niedriger als das Temperaturniveau des eingeleiteten Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung. Die Temperaturniveaudifferenz 7 zwischen dem Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel und dem erhöhten Temperaturniveau 4 oder dem Temperaturniveau 4 der Umgebung kann genutzt werden. Wenn diese Temperaturniveaudifferenz 7 genutzt wird, wird Arbeit bei der Verringerung der Differenz 7 zwischen dem Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides oder einem vergleichbaren Temperaturniveau und dem erhöhten Temperaturniveau 4 oder dem Temperaturniveau 4 der Umgebung abgegeben. Der abgegebene Arbeitsbetrag bzw. Energiegewinn bei der Nutzung der Temperaturniveaudifferenz 7 ist geringer als der Arbeitsgewinn, welcher nach dem Carnot-Wirkungsgrad möglich ist. Der Arbeitsgewinn aufgrund der Nutzung der Temperaturniveaudifferenz 7 ist kleiner als bei einer Nutzung der Temperaturniveaudifferenz 7 mit dem Carnot-Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad kann zum Beispiel kleiner sein als die Hälfte des Carnot-Wirkungsgrades.
Die Temperaturniveaudifferenz 7 zwischen dem Temperaturniveau 2 oder einem vergleichbaren Temperaturniveau und dem erhöhten Temperaturniveau 4 oder dem Temperaturniveau 4 der Umgebung beträgt ein Vielfaches der Temperaturniveaudifferenz 6 zwischen dem Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides und dem Temperaturniveau 3 zur Kondensation des Fluides. Zudem wird eine möglichst geringe Wärmemenge mit dem Temperaturniveau 3 zur Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel abgegeben, und die Wärmemenge, die mit dem Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel aufgenommen wird, wird möglichst weitgehend maximiert. Aus diesem Grund wird bei diesem Vorgang zur Schaffung und Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen insgesamt mehr Arbeit abgegeben als aufgenommen.
Der Ablauf zur Nutzung des Prinzips kann wie folgt umgesetzt werden. Das Temperaturniveau der jeweiligen Fluide zur Wärmeübertragung, die sich in einem abgetrennten, wärmeisolierten Fluidraum befinden, entspricht dem Temperaturniveau, welches für einen Wärmeaustausch vorgesehen ist. Zum Beispiel weisen die Fluide zur Wärmeübertragung, die die Wärmemengen für die Verdampfung des Fluides abgeben, das Temperaturniveau 2 zur Verdampfung der Fluide auf, und die Fluide zur Wärmeübertragung, die die Wärmemengen für die Kondensation des Fluides aufnehmen, werden mit dem Temperaturniveau 3 zur Kondensation der Fluide an die Wärmetauscherflächen geleitet. Die Darstellung mit einem angeglichen Temperaturniveau der Fluide zur Wärmeübertragung dient zur Erläuterung. Die verschiedenen Möglichkeiten der Wärmeübertragung werden nachstehend und mit den folgenden Fig. dargestellt. Das Temperaturniveau der Fluide zur Wärmeübertragung ist unter anderem von den eingesetzten Möglichkeiten zur Wärmeübertragung abhängig. Vor dem Betrieb der Vorrichtung kann das Temperaturniveau der eingesetzten Fluide des wärmeisolierten Fluidraums durch die Einleitung von Fluiden zur Temperierung verringert werden. Die Fluide zur Temperierung befinden sich in einem wärmeisolierten Behälter. Durch die Einleitung von flüssigem Stickstoff oder Helium etc. oder durch die Nutzung einer Vorrichtung zur Temperierung können diese Behälter gekühlt werden. Innerhalb des wärmeisolierten Fluidraums ist mindestens eine Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen angeordnet.
Die Wärmemenge, die von der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen aufgenommen wird, ist möglichst groß und die Wärmemenge, die abgegeben wird, ist möglichst klein. Für die Schaffung der Temperaturniveaudifferenzen 6 ist die Zuführung von Arbeit 5 erforderlich. Die Kraft für den Aufwand, der mit der Schaffung der Temperaturniveaudifferenzen verbunden ist, kann außerhalb des wärmeisolierten Fluidraums erzeugt werden. Für die Kraftübertragung kann ein magnetischer Verbund oder eine Kolbenstange oder eine hydraulische Vorrichtung verwendet werden. Eine Kolbenstange wird durch die wärmeisolierten Wände des Fluidraums geführt. Die geschaffenen Temperaturniveaudifferenzen 6 können innerhalb des wärmeisolierten Fluidraums genutzt werden, falls dies vorgesehen ist. Bei der Nutzung der Temperaturniveaudifferenzen 6 wird Arbeit erzeugt. Die Arbeit oder eine andere Leistung, die bei der Nutzung der Temperaturniveaudifferenzen 6 abgegeben wird, kann aus dem wärmeisolierten Fluidraum abgeführt werden. Die Vorrichtung zur Schaffung der Temperaturniveaudifferenzen gibt die Wärme auf der Höhe des Temperaturniveaus 3 zur Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel ab. Für die Abgabe der Wärmemengen erfolgt über die Wärmetauscherflächen der Wärmetauscher ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid für den Phasenwechsel und dem Fluid zur Wärmeübertragung. Das Fluid für den Phasenwechsel wird von dem Fluid zur Wärmeübertragung temperiert. Dabei ist das Temperaturniveau des Fluides zur Wärmeübertragung möglichst weitgehend an das Temperaturniveau des Fluides für den Phasenwechsel angepasst. Das Temperaturniveau des Fluides zur Wärmeübertragung unterscheidet sich mit einer möglichst geringen Temperaturniveaudifferenz von dem Temperaturniveau des Fluides für den Phasenwechsel. Die Temperaturniveaudifferenz zwischen dem Fluid zur Wärmeübertragung und dem Fluid für den Phasenwechsel ist ausreichend groß, um einen Wärmeübergang zu ermöglichen. Das Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, welches die Wärme aufgenommen hat, wird an einem anderen Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung vorbeigeführt. Dabei wird das Temperaturniveau des Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung, welches die Wärme aufgenommen hat, wieder verringert. Das Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, welches von dem Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung temperiert wurde, das die Wärme der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen aufgenommen hatte, wird von einem Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung temperiert, dem die Wärme aufgrund der Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel entzogen wird. Aufgrund dieser oder vergleichbarer Kreisläufe wird die Wärme, die von der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen innerhalb des wärmeisolierten Fluidraums abgegeben wird, wieder für die Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel genutzt. Das Fluid für den Phasenwechsel, welches die Wärme für die Verdampfung verwendet, kann innerhalb der selben oder einer anderen Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen eingesetzt werden. Wenn nach der Verwendung dieser Wärmemengen für die Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel, zusätzliche Wärmemengen benötigt werden, werden diese Wärmemengen von außerhalb in den wärmeisolierten Fluidraum eingeführt. Das Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, welches in den wärmeisolierten Fluidraum eingeführt wird, wird innerhalb des wärmeisolierten Fluidraum in ein anderes größeres Volumen eingeleitet, welches ein niedrigeres Temperaturniveau aufweist. Die Mengenverhältnissse und die Duchmissungsprozesse der Volumen können so eingestellt werden, dass das gemeinsame Volumen möglichst weitgehend an das Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel angepasst sein kann. Dieses Volumen wird für eine Temperierung des verdampfenden Fluides für den Phasenwechsel eingesetzt. Die Wärmespeicherfähigkeit des Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung, welches in den wärmeisolierten Fluidraum eingeführt wird, und welches nach einer bestimmten Zeitdauer wieder abgeleitet wird, ist so klein, dass das Temperaturniveau dieses Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung möglichst weitgehend das Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides erreicht. Das Temperaturniveau des abgeführten Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung ist niedriger als das Temperaturniveau des Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung, welches in den wärmeisolierten Fluidraum eingeführt wird. Das abgeleitete Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, welches aus dem wärmeisolierten Fluidraums ausgeleitet wird, weist das Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides oder ein vergleichbares Temperaturniveau auf.
Die Temperaturniveaudifferenz 7 zwischen dem Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel oder einem vergleichbaren Temperaturniveau und dem erhöhten Temperaturniveau 4 oder dem Temperaturniveau 4 der Umgebung kann genutzt werden. Wenn diese Temperaturniveaudifferenz 7 genutzt wird, wird Arbeit bei der Verringerung der Differenz 7 zwischen dem Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides oder einem vergleichbaren Temperaturniveau und dem erhöhten Temperaturniveau 4 oder dem Temperaturniveau 4 der Umgebung abgegeben. Die Temperaturniveaudifferenz 7 zwischen dem Temperaturniveau 2 oder einem vergleichbaren Temperaturniveau und dem erhöhten Temperaturniveau 4 oder dem Temperaturniveau 4 der Umgebung beträgt ein Vielfaches der Temperaturniveaudifferenz 6 zwischen dem Temperaturniveau 2 zur Verdampfung des Fluides und dem Temperaturniveau 3 zur Kondensation des Fluides. Bei den Vorgängen zur Schaffung der Temperaturniveaudifferenzen 6 innerhalb des wärmeisolierten Fluidraums werden Temperaturniveaudifferenzen 6 erzeugt, die innerhalb und außerhalb des wärmeisolierten Fluidraums genutzt werden können. Bei der Nutzung der Temperaturniveaudifferenzen 6 und/oder 7 wird Arbeit abgegeben.
Für die Umsetzung dieses Ablaufes oder vergleichbarer Abläufe zur Nutzung des dargestellten Prinzips können unter anderem Vorrichtungen oder Bestandteile von Vorrichtungen eingesetzt werden, die mit den folgenden 2, 3, 4, 5, 6 beschrieben werden. Die Werte der Tabellen 4 bis 10 können für die jeweiligen Vorrichtungen und Prozessabläufe angepasst werden.
Mit dem Aufwand 5 wird die Temperaturniveaudifferenz 6 zwischen dem unteren Temperaturniveau 2 und dem Temperaturniveau 3 erzeugt. Um die Temperaturniveaudifferenz 6 zu erzeugen, bestehen mehrere Möglichkeiten. Eine Möglichkeit für die Schaffung einer Temperaturniveaudifferenz 6 erfolgt durch die Verdampfung und Kondensation eines Fluides für den Phasenwechsel. Eine Umsetzung für die Erzeugung des Phasenwechsels des Fluides kann in Abhängigkeit von den jeweiligen Möglichkeiten für eine Anpassung der Prozessführung mit einer Vorrichtung erfolgen, die zum Beispiel mit einer der folgenden Vorrichtungen vergleichbar ist: Kompressionskältemaschine, Sorptionskältemaschine, Absorptionskältemaschine, Diffusionsabsorptionskältemaschine. Als Kältemaschine kann außerdem zum Beispiel eine Maschine eingesetzt werden, die Ähnlichkeiten mit einem Sterlingmotor oder einem Pulsröhrenkühler aufweist. Gegebenenfalls kann auch der Joule-Thomson-Effekt genutzt werden, um bei einer Expansion eines Gases das Temperaturniveau innerhalb des wärmeisolierten Raumes weiter zu verringern. Für die Erzeugung der Temperaturniveaudifferenz 6 kann zudem die Thermotunnelung oder eine Magnet-Kühlung bzw. eine magnetokalorischen Kühlung oder ein thermoelektrischer Effekt, zum Beispiel ein Peltier-Element, genutzt werden. Wenn die Erzeugung der Temperturniveaudifferenz 6 ohne den Phasenwechsel eines Fluides erfolgt, ist es erforderlich, dass die Wärmemenge, die aufgrund der Nutzung dieser Temperaturniveaudifferenz 6 durch die Umwandlung in Arbeit oder in eine andere Leistung abgeführt wird, groß genug ist, damit eine entsprechende Wärmemenge in den wärmeisolierten Raum eingeleitet werden kann. Ferner muss der Wirkungsgrad für die Erzeugung der Temperaturniveaudifferenz 6 ausreichend hoch sein, und es ist notwendig, dass keine großen Verluste in Form von Wärmeabgaben innerhalb des wärmeisolierten Raumes entstehen. Außerdem muss die Temperaturniveaudifferenz 7 so groß sein, dass der Aufwand für die Erzeugung der Temperaturniveau 6 in einem entsprechenden Verhältnis dazu steht. Es besteht die Möglichkeit, dass das Temperaturniveau 6 mit den folgenden Fig. erzeugt wird. Ferner können die Vorrichtugen für die Erzeugung der Temperaturniveaudifferenz 6 aus Kombination oder Varianten der oben angeführten Möglichkeiten und/oder der folgenden Fig. bestehen.
Die Temperaturniveaudifferenz 6 zwischen dem unteren Temperaturniveau 3 und dem Temperaturniveau 2 und/oder die Temperaturniveaudifferenz 7 zwischen dem unteren Temperaturniveau 2 oder einem vergleichbaren Temperaturniveau und dem erhöhten Temperaturniveau 4 oder dem Temperaturniveau 4 der Umgebung des wärmeisolierten Fluidraums, in dem die Temperaturniveaudifferenz 6 erzeugt wird, kann genutzt werden. Für die Nutzung der Temperaturniveaudifferenz 6 und/oder der Temperaturniveaudifferenz 7 bestehen mehrere Möglichkeiten. Eine Nutzung kann unter anderem mit Vorrichtungen oder mit Bestandteilen von Vorrichtungen erfolgen, die vergleichbar sind mit den Vorrichtungen und Bestandteilen, die mit den folgenden Fig. beschrieben werden. Außerdem kann für die Nutzung der Temperaturniveaudifferenz 6 und/oder der Temperaturniveaudifferenz 7 ein thermionischer Konverter eingesetzt werden, um den thermionischen Effekt zu nutzen oder zum Beispiel ein Seebeck-Element, für die Nutzung des thermoelektrischen Effektes, wenn der Wirkungsgrad ausreichend hoch ist. Gegebenenfalls können auch pyroelektrische Kristalle eingesetzt werden. Ferner können für eine Nutzung der Temperaturniveaudifferenz 6 und/oder der Temperaturniveaudifferenz 7 mehrere verschiedene aufeinanderfolgenden Vorrichtungen oder Verfahren eingesetzt weden. Zum Beispiel kann eine Nutzung der Temperaturniveaudifferenz 6 und/oder der Temperaturniveaudifferenz 7 zuerst in einem thermionischen Konverter und danach in einer Vorrichtung erfolgen, die mit einer der folgenden Beschreibungen oder mit einem Sterlingmotor vergleichbar ist, wobei eine Nutzung auch in der umgekehrten Reihenfolge möglich ist.
Die oben angeführten sowie die folgenden Vorrichtungen und Verfahren können miteinander kombiniert bzw. gekoppelt werden, um optimale Wirkungsgrade zu erzielen und/oder um den Aufbau der jeweiligen Vorrichtungen für das jeweilige Prozessziel zu optimieren.
Im Folgenden werden einige weitere Erläuterungen angeführt. Für die Wärmeübertragung zwischen den Fluiden bestehen unter anderem die folgenden drei Möglichkeiten. Die erste Möglichkeit besteht darin, dass die Fluide, bei denen ein Wärmeaustausch durchgeführt wird, aufgrund des Einsatzes eines Wärmetauschers voneinander getrennt sind. Der Wärmetauscher kann eine Begrenzung zwischen den verschiedenen Volumen der Fluide darstellen, der das Volumen des einen Fluides von dem Volumen des anderen Fluides trennt. Bei der Wärmeübertragung besteht die Möglichkeit, dass die Fluide, welche sich auf den beiden Seiten der Begrenzung befinden, über die ein Wärmeaustausch möglich ist, mit einem entsprechend angepassten Volumen und mit einer entsprechend festgelegten Geschwindigkeit an der Begrenzung für einen Wärmeaustausch vorbeigeführt werden. Zum Beispiel wird bei einer Wärmeübertragung das Fluid, welches sich auf der einen Seite der Begrenzung befindet, über die ein Wärmeaustausch möglich ist, mit einem entsprechend kleinem Volumen und mit einer entsprechend geringen Geschwindigkeit an der Begrenzung für einen Wärmeaustausch vorbeigeführt. Aufgrund der Festlegung des Volumens des Fluides bzw. des geeigneten Mengenverhältnisses der Fluide innerhalb des Zeitraumes für den Wärmeaustausch sowie einer ausreichend langen Zeitdauer und einer ausreichend großen Fläche für den Vorgang des Wärmeaustausches wird das Temperaturniveau des Fluides auf der einen Seite der Begrenzung, welches ein verhältnsmäßig geringes Volumen aufweist, möglichst weitgehend an das Temperaturniveau des Fluides auf der anderen Seite der Begrenzung angepasst. Auf der einen Seite der Begrenzung befindet sich zum Beispiel ein viel größeres Volumen bzw. eine wesentliche größe Menge des Fluides, welches für einen Wärmeaustausch zur Verfügung steht, als auf der anderen Seite der Begrenzung. Bei dem Wärmeaustausch kann das Temperaturniveau eines Fluides in einem ausreichenden Maße an das Temperaturniveau des anderen Fluides angepasst werden, falls dies erforderlich ist. Die zweite Möglichkeit für einen Wärmeaustausch besteht, wenn auf beiden Seiten der Begrenzung das gleiche Fluid eingesetzt wird. In der Begrenzung können wärmeisolierte, verschließbare Durchlässe angeordnet sein, die dafür verwendet werden, dass ein festgelegten Volumen des Fluides innerhalb eines bestimmten Zeitraumes auf beiden Seiten der Begrenzungen ausgetauscht wird. Auf der einen Seite der Begrenzung wird ein kleineres Volumen in ein größeres Volumen eines Fluides eingeführt werden, welches sich auf dieser Seite der Begrenzung befindet. Danach erfolgt ein Durchmischungsprozess bis ein bestimmtes Temperaturniveau erreicht ist, welches sich nur geringfügig von dem vorherigen Temperaturniveau des Fluides, welches sich auf dieser Seite der Begrenzung befindet, unterscheidet, falls dies notwendig ist. Auf der anderen Seite der Begrenzung wird die gleiche Menge des Fluides eingeführt, die an einer andere Stelle der Begrenzung innerhalb des selben Zeitraumes abgeführt wird. Das eingeführte Volumen des Fluides kann in ein verhältnismäßig geringes Volumen bzw. eine verhältnismäßig geringe Menge des Fluides eingeführt werden, welches sich auf dieser Seite der Begrenzung befindet. Danach erfolgt ein Durchmischungsprozess. Auf diese Weise wird das Temperaturniveau des Fluides, welches sich auf dieser Seite der Begrenzung befindet, weiter an das Temperaturniveau des Fluides angepasst, welches in dieses Volumen des Fluides eingeführt wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass auf dieser Seite der Begrenzung kein Durchmischungsprozess erfolgt. Das Volumen des eingeleiteten Fluides wird mit dem entsprechenden Temperaturniveau direkt weitergeleitet. Die dritte Möglichkeit besteht wieder darin, dass die Fluide, bei denen ein Wärmeaustausch durchgeführt wird, aufgrund des Einsatzes eines Wärmetauschers voneinander getrennt sind. Der Wärmetauscher kann eine Begrenzung zwischen den Fluiden darstellen, der das eine Fluid von dem anderen Fluid trennt. Bei der Wärmeübertragung besteht die Möglichkeit, dass die Fluide, welche sich auf den beiden Seiten der Begrenzung befinden, über die ein Wärmeaustausch möglich ist, mit einem entsprechend angepassten Volumen und mit einer entsprechend festgelegten Geschwindigkeit an der Begrenzung für einen Wärmeaustausch vorbeigeführt werden. Die Geschwindigkeit, mit der die Fluide an den Begrenzungen für einen Wärmeaustausch auf den beiden Seiten vorbeigeführten werden, und das Volumen der vorbeigeführten Fluide sowie die Größe der Wärmetauscherflächen werden an den erforderlichen Wärmeaustausch angepasst, der in diesem Bereich innerhalb eines bestimmten Zeitraums erforderlich ist. Bei diesem Wärmeaustausch wird das Temperaturniveau eines Volumens eines Fluides nicht möglichst weitgehend an das Temperaturniveau eines anderen Volumes eines Fluides auf der anderen Seite der Begrenzung angepasst. Die getrennten Volumen der Fluide weisen vor und nach dem Wärmeaustausch eine festgelegte Differenz in Bezug auf ihr Temperaturniveau auf, welche entsprechend den Erfordernissen einstellen wird. Dies hat bei getrennt geführten Fluiden den Vorteil, dass der Wärmeaustausch mit einer größeren Geschwindigkeit erfolgen kann, wenn die Differenz zwischen den Temperaturniveaus der beiden getrennten Volumen der Fluide entsprechend größer ist. Je größer die Temperaturniveaudifferenz zwischen den Fluiden bleibt, die an einem Wärmeaustausch beteiligt sind, desto kürzer der Zeitraum, der für den Austausch der gleichen Wärmemenge benötigt wird, wenn die Geschwindigkeiten für die Bewegung der Fluide und die Größe der Wärmetauscherflächen etc. beibehalten werden. Je größer die Temperaturniveaudifferenz zwischen den Fluiden bleibt, die an einem Wärmeaustausch beteiligt sind, desto geringer ist jedoch auch die Anpassung des Temperaturniveaus des Volumens des Fluides, welches sich auf einer Seite der Begrenzung befindet, die für einen Wärmeaustausch genutzt wird. Das Temperaturniveau wird nicht möglichst weitgehend an das Temperaturniveau des Volumen des Fluides angepasst wird, welches sich auf der anderen Seite der Begrenzung befindet, in Abhängigkeit von der festgelegten Differenz des Temperaturniveaus, welche die getrennt geführten Volumen der Fluide nach dem Wärmeaustausch aufweisen. Die Wärmeübertragung, die für die Fig. genutzt wird, kann aus einer der oben angeführten drei Möglichkeiten und/oder aus einer Kombination der oben angeführten Möglichkeiten bestehen. Ferner können entsprechende Modifizierungen der Möglichkeiten für einen Wärmeaustausch genutzt werden. Die Möglichkeiten, die für die Wärmeübertragung genutzt werden, können für unterschiedliche Bereiche einer Fig, und/oder für verschiedene Zeiträume, die für eine Wärmeübertragung zur Verfügung stehen, unterschiedlich sein. Die Wärmeübertragung kann in bestimmten Bereichen der vorstehenden Fig. auch zwischen Materialien erfolgen, wenn keine Fluide eingesetzt werden. Die Möglichkeiten der Wärmeübertragungen für die 1 sowie für die folgenden Fig. werden mit dem Vorstehenden und insbesondere mit der 2 beschrieben.
Mit der Darstellung der Fig. wird unter anderem eine Möglichkeit erläutert, wie eine Temperaturniveaudifferenz erzeugt wird. Für diese Möglichkeit wird in einem wärmeisolierten Raum mindestens eine Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen eingesetzt. Bei der Erzeugung der Temperaturniveaudifferenz ist die Wärmemenge, die ein höheres Temperaturniveau aufweist, möglichst klein, während die Wärmemenge mit einem niedrigeren Temperaturniveau möglichst groß ist. In dem wärmeisolierten Raum werden zwei getrennte Bereiche unterschieden. Einmal der Bereich, an dem die Wärmemenge mit einem höheren Temperaturnvieau abgeführt wird, und ein zweiter Bereich, an dem die Wärmemenge mit einem niedrigeren Temperaturniveau zugeführt wird. Die Wärmemenge, die in dem Bereich mit einem höhreren Temperaturniveau abgeführt wird, wird nicht aus dem wärmeisolierten Raum in einen anderen Raum übertragen, sondern durch die Wärmemenge kompensiert bzw. ausgeglichen, die in dem Bereich mit einem niedrigeren Temperaturniveau zugeführt werden muss. In dem wärmeisolierten Raum wird nur eine bestimmte Wärmemenge eingeführt, es wird keine Wärmemenge abgeführt. Das Temperaturniveau der Wärmemenge, die in dem Bereich mit einem höheren Temperaturniveau abgeführt wird, und das Temperaturniveau der Wärmemenge, die in dem Bereich des wärmeisolierten Raums mit einem niedrigeren Temperaturniveau zugeführt wird, sowie die möglichweise auftretenden Differenzen in Bezug auf die Verteilung der unterschniedlichen Temperaturniveaus der beiden Bereiche, die für dieses Beispiel getrennt betrachtet werden, ist für eine Kompensation bzw. für einen Ausgleich der Wärmemengen der beiden Bereiche weniger von Bedeutung. Wichtig sind vor allem die entstehenden Wärmemengen, die Wärmemengen sind für den Ausgleich zwischen den beiden Bereichen wesentlich, nicht das durchschnittliche Temperaturniveau, welches die einzelnen Bereiche aufweisen. Die abgegebenen oder zugeführten Wärmemenge entscheiden, ob Wärme zugeführt oder abgeleitet wird. In der 1 ist zum Beispiel der Bereich, in dem die Wärmemenge mit einem niedrigen Temperaturniveau zugeführt wird, mit dem Bezugszeichen 2 versehen, der Bereich in dem die Wärmemenge mit einem höheren Temperaturniveau abgeführt wird, ist mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet. Die Wärmemenge wird beispielhaft durch die Länge der Zeichen 2, 3 dargestellt. Die Differenz des durchschnittlichen Temperaturniveaus zwischen dem Bereich mit dem Bezugszeichen 2 und dem Bereich mit dem Bezugszeichen 3 ist mit dem Bezugszeichen 6 versehen. Das durchschnittliche Temperaturniveau des wärmeisolierte Raum mit dem Zeichen 2, 3 unterscheidet sich von dem Temperaturniveau der Wärmemenge, die mit dem Bezugszeichen 4 versehen ist, und die sich außerhalb des wärmeisolierten Raumes befindet.
Um die Wärmemenge, die in dem Bereich mit dem höhreren Temperaturniveau innerhalb des wärmeisolierten Raumes abgeführt wird, möglichst weitgehend zu minimieren, können drei verschiedene Möglichkeiten eingesetzt werden. Diese Möglichkeiten können alle innerhalb der Durchführung eines Verfahrens oder innerhalb einer Vorrichtung angewendet werden. Ferner besteht die Möglichkeit, dass nur einige oder eine dieser Möglichkeiten innerhalb der Durchführung eines Verfahrens oder innerhalb einer Vorrichtung eingesetzt werden, wenn dies für die Erreichung des jeweiligen Prozesszieles ausreicht oder wenn aufgrund der jeweils vorliegenden Bedingungen etc. eine dieser Möglichkeit nicht genutzt werden kann. Gegebenenfalls können diese Möglichkeiten durch andere Möglichkeit ersetzt oder ergänzt werden. Die erste Möglichkeit besteht darin, dass alle Vorrichtungen, die für die Durchführung des Verfahrens oder für das Betreiben der Vorrichtung erforderlich sind, und die Wärme produzieren, außerhalb des wärmeisolierten Raumes angeordnet werden. Wenn zum Beispiel für die Weiterleitung des Fluides eine Vorrichtung benötigt wird, dann wird diese Vorrichtung außerhalb des wärmeisolierten Raumes angebracht. Die Kraftübertragung erfolgt durch Stangen, die in einer wärmeisolierten Ummantelung geführt werden, oder durch einen magnetischen Kraftverbund oder aufgrund einer hydraulischen Weiterleitung. Wenn die Temperaturniveaudifferenz 6 durch den Phasenwechsel eines Fluides erzeugt wird, dann wird die Vorrichtung für die Erzeugung der Druckniveaudifferenz außerhalb des wärmeisolierten Raumes angeordnet. Wenn die Temperaturniveaudifferenz 6 durch eine magnetische Kühlung produziert wird, dann wird die Vorrichtung für die Bewegung der magnetischen Komponenten und/oder anderer Bestandteile außerhalb des wärmeisolierten Raumes angebracht. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass eine Vorrichtung genutzt wird, die mit einem Plusröhrenkühler vergleichbar ist, wobei sich die Bestandteile, die zusätzliche Wärmemengen erzeugen, außerhalb eines angegliederten wärmeisolierten Raumes befinden. Die zweite Möglichkeit besteht, wenn für die Erzeugung der Temperaturniveaudifferenz der Phasenwechsel eines Fluides genutzt wird. Die Wärmemenge, die ein Fluid bei einem Phasenwechsel abgibt oder aufnimmt, ist von dem Temperaturniveau und von dem Druckniveau abhängig. Das Temperaturniveau und das Druckniveau wird so eingestellt, dass in dem Bereich für das niedrigere Temperaturniveau, in dem das Fluid bei dem Phasenwechesel eine bestimmte Wärmemenge aufnimmt, die aufgenomme Wärmemenge möglichst groß ist. Ferner wird das Temperaturniveau und das Druckniveau in einem anderen Bereich so angepasst, dass in diesem Bereich für das höhere Temperaturniveau, in dem das Fluid bei dem Phasenwechesel eine bestimmte Wärmemenge abgibt, die abgegebene Wärmemenge möglichst klein ist. Zusätzliche Wärmemengen fallen aufgrund der Schaffung der unterschiedlichen Bedingungen in den in diesem Beispiel getrennt betrachteten Bereichen mit den verschiedenen Druckniveaus etc. an. Diese zusätzlichen Wärmemengen werden berücksichtigt und sind zum Beispiel mit den dargestellten Tabellen erläutert. Die dritte Möglichkeit besteht in der Nutzung der erzeugten Temperaturniveaudifferenz 6. Die Temperaturniveaudifferenz 6 kann durch den Einsatz von verschiedenen Verfahren bzw. Vorrichtungen genutzt werden. Die unterschiedliche Verfahren bzw. Vorrichtung zur Nutzung der erzeugten Temperaturniveaudifferenzen 6 können einzeln oder nacheinander eingesetzt werden, in Abhängigkeit unter anderem von der jeweiligen Höhe der Temperaturniveaudifferenzen 6. Die Temperaturniveaudifferenzen 6 können zum Beispiel in einer der folgenden Fig. genutzt werden und/oder in einem thermionischen Konverter und/oder in einem Sterlingmotor und/oder in einer Dampfmaschine, die einen vergleichbaren Aufbau aufweisen. Aufgrund der Nutzung der Temperaturniveaudifferenz 6 wird eine bestimmte Wärmemenge aus dem wärmeisolierten Raum abgeführt, in Abhängigkeit unter anderem von der Effektivität der Nutzung. Wenn eine bestimmte Wärmemenge durch die Nutzung der Temperaturniveaudifferenz 6 abgeführt wird, verringert sich die vorhandene Wärmemenge in dem wärmeisolierten Raum.
Für die Nutzung der ersten und zweiten Temperaturniveaudifferenzen 6, 7 können die beschriebenen Möglichkeiten eingesetzt werden, wenn keine andere Verwendungen der Temperaturniveaudifferenzen vorgesehen sind. Die Verfahren und Vorrichtungen, die zum Beispiel mit den 4, 5, 6 beschrieben werden, können an die Ziele der jeweiligen Prozessführung, die für eine bestimmte Nutzung festgelegt wurden, angepasst werden. Unter anderem besteht die Möglichkeit, dass der Expansions- und der Kompressionsumfang sowie die Expansions- und Kompressionsgeschwindigkeit des Arbeitsfluides der Fig. an die Erfordernisse der Ziele der jeweiligen Prozessführung angepasst werden. Ferner kann das Arbeitsfluid der Fig. bei unterschiedlichen Kolbenstellungen ischor oder (annähernd) isobar temperiert werden. Außerdem erfolgt eine Übertragung der Wärme aufgrund des Einsatzes von Fluiden zur Wärmeübertragung, die mit einem angepassten Temperaturniveau und/oder mit einem angepassten Druckniveau und/oder mit einem angepassten Volumen innerhalb eines ausreichend langen Zeitraumes für die Wärmeübertragung an den Wärmetauscherflächen vorbeigeleitet werden, damit die Verluste bei der Wärmeübertragung möglichst niedrig sind. Die Ströme der Fluide zur Wärmeübertragung werden zudem in unterschiedliche Bereiche und/oder Ströme eingeteilt, die sich aufgrund eines anderen durchschnittlichen Temperaturnvieaus voneinander unterscheiden. Die einzelnen Ströme und/oder Bereiche der Fluide zur Wärmeübertragung werden wärmeisoliert gespeichert und/oder in mehreren Vorrichtungen zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen eingesetzt, in die sie nacheinander eingeleitet werden, bis eine Nutzung dieser Ströme und/oder Bereiche der Fluide zur Wärmeübertragung nicht mehr möglich ist, da das durchschnittliche Temperaturniveau der jeweiligen Ströme oder Bereiche der Fluide zur Wärmeübertragung nicht mehr ausreichend hoch oder ausreichend niedrig ist. Ferner besteht zusätzlich oder an der Stelle dieses Einsatzes der Ströme der Fluide zur Wärmeübertragung die Möglichkeit, dass innerhalb einer Vorrichtungen zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen Wärmespeicher eingesetzt werden. Außerdem kann als Arbeitsfluid Helium oder ein anderes Fluid eingesetzt werden. Es können auch Arbeitsfluide verwendet werden, welche bei den jeweils vorgesehenen Temperierungen, die innerhalb einer Vorrichtung erfolgen, einen Phasenwechsel aufweisen.
Für eine vereinfachte Betrachtung kann die Nutzung der zweiten Temperaturniveaudifferenz 7 unte anderem wie folgt umgesetzt werden. Es erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem wärmeisolierten Raum und einem Strom des Fluides zur Wärmeübertragung. Im Anschluss an diesen Wärmeaustausch weist der abgeleitete Strom des Fluides zur Wärmeübertragung ein Temperaturniveau auf, welches mit dem niedrigsten Temperaturniveau 2 vergleichbar ist. Dieser Strom des Fluides zur Wärmeübertragung wird in eine Vorrichtung zur Nutzung der zweiten Temperaturniveaudifferenz 7 geleitet. An der Stelle eines abgeleiteten Stromes des Fluides zur Wärmeübertragung kann eine Vorrichtung zur Nutzung der zweiten Temperaturniveaudifferenz 7 und zur Regulierung der Wärmeübertragung auch direkt an dem wärmeisolierten Raum angeordnet werden. In der Vorrichtung zur Nutzung der Temperaturniveaudifferenz erfolgt eine teilweise Umwandlung der thermischen Energie, die aufgrund der erzeugten Temperaturniveaudifferenz 7 genutzt werden kann, in eine höherwertige Energieform bzw. in Arbeit. Die Nutzung der Temperaturniveaudifferenz kann zum Beispiel erfolgen, wenn ein Fluid, das sich innerhalb des Kolbenraums befindet, und das ein niedriges Temperaturniveau aufweist, erwärmt wird. Durch die Temperierung des Fluides, welches sich im Kolbenraum befindet, erhöht sich das Temperaturniveau und das Druckniveau. Das Fluid kann vor der Temperierung in einem gasförmigen Zustand vorliegen oder in einem überwiegend flüssigen Zustand. Wenn es in einem flüssigen Zustand vorliegt, kann das Fluid aufgrund eines Phasenwechsels von einem flüssigen in einen gasförmigen Zustand übergehen. Nach der Temperierung und der Erhöhung des Druckniveaus des Fluides im Kolbenraum erfolgt die Expansion des Fluides. Während und/oder zwischen den Teilschritten der Expansion kann das Fluid im Kolbenraum temperiert werden. Wenn sich das Fluid in einer Kolbenmaschine befindet, die mit der 4 vergleichbar ist, ist aufgrund des Einsatzes einer Strömungshilfe und der Fluid zur Wärmeübertragung die ein angepassten Temperaturniveau und gegebenenfalls ein angepasstes Druckniveau aufweisen eine annähernd isotherme Expansion möglich. Diese Expansion erfolgt auf der Höhe des höchsten Temperaturniveaus 4 weil das Fluid im Kolbenraum vor der Temperierung ein Temperaturniveau hatte, welches mit dem niedrigsten Temperaturniveau 2 vergleichbar ist. Wenn eine annähernd isotherme Expansion nicht möglich ist, werden die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung, die aus der 4 abgeführt werden, in weitere Vorrichtungen zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen geleitet. Die Weiterleitung dieses Stroms des Fluides zur Wärmeübertraung sowie der daraus resultierenden Ströme der Fluide zur Wärmeübertragung erfolgt solange, bis diese Ströme das höchste Temperaturniveau 4 annähernd erreicht haben bzw. bis diese eine möglichst niedrige Temperaturniveaudifferenz zu dem höchsten Temperaturniveau 4 aufweisen, die so gering ist, dass der weitere Einsatz dieser Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung nicht mehr erforderlich bzw. wirtschaftlich ist. Eine Nutzung der zweiten Temperaturniveaudifferenzen 7 erfolgt mit dem höchsten Temperaturniveau 4, welches zum Beispiel auch das Temperaturniveau der Umgebung der Vorrichtung darstellen kann, wenn ausreichend Wärmemengen vorhanden sind, die dieses Temperaturnivau aufweisen. Je weiter sich der festgelegte Ablauf von der isothermen Expansion entfernt, desto weniger Arbeit kann mit der Wärmemenge, die auf dem niedrigsten Temperaturniveau 2 oder einem vergleichbaren Temperaturniveau geschaffen wird, erzeugt werden, wenn man nicht berücksichtigt, dass im Gegenstromverfahren oder in einem anderen Verfahren temperierte Fluide zur Wärmeübertragung für den Wärmeaustausch an den wärmeisolierten Raum geleitet werden können. Daher, wenn nicht beachtet wird, dass die Fluide zur Wärmeübertragung bereits ein niedrigeres Temperaturniveau als das höchste Temperaturniveau 4 aufweisen, wenn Sie zu dem wärmeisolierten Raum für einen Wärmeaustausch geleitet werden, weil Sie in einer Vorrichtung zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen temperiert wurden. Je höher das durchschnittliche Temperaturniveau aller eingesetzten Ströme der Fluide zur Wärmeübertragung ist, weil eine entsprechend effiziente Nutzung der Temperaturniveaus erfolgte, desto mehr Arbeit kann mit Hilfe der Wärmemenge erzeugt werden, die mit dem niedrigsten Temperaturniveau 2 erzeugt wurde bzw. mit einem vergleichbaren Temperaturniveau geschaffen wurde, wenn u. a. nicht beachtet wird, dass temperierte Fluide zur Wärmeübertragung, die bereits ein niedriges Temperaturniveau aufweisen, weniger stark gekühlt werden müssen etc. Die Nutzung von thermischer Energie und von Temperaturniveaudifferenzen wird mit den oben angeführten sowie den folgenden Beschreibungen der Fig. erläutert. Eine Möglichkeit für die Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen besteht in dem Einsatz von Kreislaufssystemen, die einen Verdampfer aufweisen. Die 1, 2, 3 können eingesetzt werden, um das Temperaturniveau der zu temperierenden Fluide soweit zu verringern, dass ein Phasenwechsel der temperierten Fluide erfolgt. Zum Beispiel kann Stickstoff, Luft oder Wasserstoff unter anderem mit Hilfe einer Temperierung durch die 1, 2, 3 etc. verflüssigt werden. Die Fluide, die vorher gasförmig waren, können danach in einem flüssigen und/oder festen Zustand vorliegen, mit dem sie in einem Kältespeicher gelagert werden. Für die Erzeugung von Arbeit oder einer anderen Leistung werden die flüssigen Fluide, zum Beispiel Stickstoff, in einen Verdampfer geleitet. In dem Verdampfer werden die flüssigen Fluide im Gegenstromverfahren erwärmt. Dabei erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen den Volumen des flüssigen und gasförmigen Stickstoffes, welche erwärmt werden, und den Volumen des Fluides, dessen Temperaturniveau verringert wird, damit diese in einer weiteren Vorrichtung verflüssigt werden können. Die Volumen des Stickstoffes, die erwärmt wurden, werden in einen Kolbenmotor eingeleitet, um das erhöhte Druckniveau dieser Volumen zu nutzen. Die Volumen des Fluides, deren Temperaturniveau im Gegenstromverfahren verringert wurde, werden verflüssigt. Die Verdampfung der Volumen des Stickstoffes erfolgen im Verdampfer in dem ein höheres Druckniveau vorliegt. Aus diesem Grund ist das Temperaturniveau, bei dem die Verdampfungswärme abgegebenen wird, höher als das Temperaturniveau, bei dem diese Volumen des Stickstoffes vorher die Kondensationswärme abgegeben haben. Die Verdampfungswärmemengen der gleichen Volumen des Fluides haben ein höheres Temperaturniveau als die Kondensationswärmemengen. Deshalb werden durch den Wärmetauscher im Gegenstromverfahren abgetrennte Volumen eines Fluides geleitet, die in eine weitere Vorrichtung geleitet werden, die ebenfalls einen Kolbenmotor und einen Wärmetauscher aufweist. Die abgetrennten Volumen des Fluides unterscheiden sich entweder durch ein höheres durchschnittliches Druckniveau, damit das Temperaturniveau für die Kondensation dieses abgetrennten Fluides so hoch ist, dass die Verdampfungswärememengen der verdampfenden abgetrennten anderen Volumen des Stickstoffes genutzt werden können und/oder bei dem abgetrennten Fluid handelt es sich zum Beispiel um Methan oder Krypton, die andere Temperaturniveaus für die Kondensation aufweisen, in Abhängigkeit von dem jeweiligen Druckniveau, welches zum Zeitpunkt der Kondensation vorliegt. Die Verdampfungswärmemengen dieser Volumen des Fluides werden wieder im Gegenstromverfahren an weitere abgetrennte Volumen eines Fluides weitergegeben, die sich entweder durch ein höheres durchschnittliches Druckniveau unterscheiden, damit das Temperaturniveau für die Kondensation dieses abgetrennten Fluides so hoch ist, dass die Verdampfungswärememengen der verdampfenden abgetrennten anderen Volumen des Fluides, zum Beispiel Methan genutzt werden können und/oder bei dem abgetrennten Fluid handelt es sich zum Beispiel um Ethylen oder Ethan etc. Ein Kreislauf folgt auf den nächsten Kreislauf, bis die Temperaturniveaudifferenz zwischen dem niedrigsten Temperaturniveau der letzten Volumen eines Fluides und dem Umgebungstemperaturniveau der Vorrichtung oder dem erhöhten Temperaturniveau des Fluides zur Wärmeübertragung, welches für den Wärmeaustausch eingesetzt wird, so niedrig ist, dass eine weitere Verwendung nicht mehr in Frage kommt. Das Temperaturniveau dieser letzten Volumen des Fluides werden für die Kühlung der zu temperierenden Fluide im Gegenstromverfahren eingesetzt. Die Nutzung der Temperaturniveaudifferenzen erfolgt bei dem Einsatz eines dieser Kreisläufe oder der Verwendung von einem Kreislaufsystems, welches aus mehreren Kreisläufen besteht, nicht nur durch eine oder mehrere der 4, 5, 6 oder den Varianten oder Kombinationen, die mit den 4, 5, 6 umgesetzt werden können. Dieser Nachteil wird aufgrund der folgenden Modifikationen verringert. Der Raum des Verdampfers, der das Volumen mit dem höchsten Temperaturniveau enthält, weist ein möglichst großes Volumen auf, damit das Druckniveau insgesamt möglichst hoch ist. Dieser Raum stellt den Druckausgleichsraum dar. Der Kolbenmotor, in der das Fluid aus dem Verdampfer geleitet wird, weist Minimierungen des Totraumes auf, die mit den 4, 5, 6 beschrieben werden. Zusätzlich oder an der Stelle dieser Modifikationen kann ein flüssiges Fluid in dem Kolbenraum eingesetzt werden, welches für eine weitere Minimierung von Verlusten verwendet werden kann. Der zusätzliche Einsatz eines weiteren Fluides im Kolbenraum ist nur möglich, wenn die Funktionen der Wärmetauscher dadurch nicht beeinträchtigt werden. Die Wärmetauscher der Gegenstromvorrichtung bzw. die Wärmetauscher, die im Gegenstromverfahren betrieben werden, sind mit Isolationskörpern ausgestattet, die die Wärmeleitung innerhalb der Materialien verhindern. In einer Gegenstromvorrichtung fließen die Volumen des flüssigen Stickstoffes nach unten ab und die im Gegenstromverfahren erwärmten flüssigen und gasförmigen Fluide steigen nach oben. Außerdem kann der Aufbau des Kolbenmotors eines Kreislaufes mit dem Aufbau der 4 vergleichbar sein, wenn vorgesehen ist, dass das Fluid vor oder während der Expansion und/oder zwischen den Expansionsschritten im Kolbenraum temperiert wird. Die Ströme oder die Bereiche der Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung können mit einem angepassten Temperaturniveau und ggf. mit einem angepassten Druckniveau an die Wärmetauscherflächen der 4 geführt werden, falls dies erforderlich ist. Ferner können die Ströme oder Bereiche des Fluides zur Wärmeübertragung, die wieder aus der 4 abgeleitet werden, in andere Vorrichtungen oder in Speicher geleitet werden, falls keine annähernd isotherme Expansion erfolgt. Der Umfang dieser Nutzung richtet sich nach der jeweiligen Prozessführung. Wenn die Volumen des Fluides, die aus dem Kolbenmotor abgeleitet werden, ein möglichst niedriges Temperaturniveau aufweisen sollen, zum Beispiel um den Aufwand für die weitere Temperierung des Fluides bis zur Verflüssigung der selben Volumen möglichst niedrig zu halten, oder um das Temperaturniveau in einer anderen Vorrichtung für die Erzeugung von Arbeit zu nutzen etc., dann ist eine Temperierung des Fluides in dem selben Kolbenraum eines Kolbenmotors nicht erforderlich. Wenn vorgesehen ist, das die Abgabe von Arbeit mit der Expansion des Fluides innerhalb des selben Kolbenraums möglichst weitgehend maximiert werden soll, ist eine Temperierung des Fluides während und/oder zwischen den Expansionsabschnitten vorteilhaft. Die Ströme oder die Bereiche der Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, die bei dieser Nutzung nach einer Temperierung wieder aus der 4 abgeleitet werden, können für eine weitere Nutzung in andere Vorrichtungen geführt werden oder sie werden in Speichern zwischengelagert, in Abhängigkeit von der Höhe der genutzten Temperaturniveaudifferenzen und dem Grad der Anpassung des Temperaturniveaus. Die Kreisläufe benötigen ein größeres Raumvolumen aufgrund der dargestellten Vorrichtungen. Es besteht die Möglichkeit, dass die Volumen des Fluides, die einen Teil des ersten Kreislaufes durchströmen, nach der Ableitung aus dem Kolbenmotor an die Umgebung abgegeben werden, wenn der Aufwand für die Wiedergewinnung dieser Volumen des Fluides aus der Umgebung ausreichend niedrig ist, und wenn in dem letzten Kolbenmotor, aus dem das Fluid abgeleitet wird, das Druckniveau von Stickstoff oder Luft auf das Druckniveau der Umgebung verringert wird. Die folgenden Kreisläufe weisen jedoch ein anderes Druckniveau und/oder ein anderes Fluid auf, aus diesem Grund ist der Aufwand für die Wiedergewinnung bei diesen Kreisläufen zusätzlich erhöht, wenn die Kreisläufe wie in diesem Beispiel angeordnet werden. Die Anordnung von mehreren Kreisläufen ist nicht erforderlich, wenn das Druckniveau in dem Verdampfer des ersten Kreislaufes so hoch ist, dass sich das Temperaturniveau für die Verdampfung des Fluides nur geringfügig unter dem höchsten Temperaturniveau 4 befindet. Das höchste Temperaturniveau 4 stellt das Temperaturniveau der Umgebung der Vorrichtung oder das erhöhte Temperaturniveau eines Fluides zur Wärmeübertragung dar. Ein Kreislauf besteht u. a. aus einem Kältespeicher, einem Verdampfer mit einem Wärmetauscher, einen Druckausgleichsraum, in dem ein weiterer Wärmetauscher für die Übertragung des höchsten Temperaturniveaus angeordnet werden kann, sowie einem Kolbenmotor und einem Raum für das expandierte Fluid. Ein System aus Kreisläufen wird im Folgenden beschrieben. An der untersten Position befindet sich der Kältespeicher. Der wärmeisolierte Raum enthält das Fluid überwiegend im flüssigen Zustand, zum Beispiel flüssiger Stickstoff. Das Fluid, welches in den Kältespeicher eingeleitet wird, kommt aus dem letzten Kolbenmotor, in dem der Unterschied der Druckniveaus genutzt wurde, oder aus einer anderen Vorichtung zur Nutzung des abgeleiteten Fluides. Nach dem Austritt aus der Kolbenmotor wird das Fluid durch einen Wärmetauscher geleitet, um das Fluid zu kühlen, wenn das Temperaturniveau eine bestimmte Höhe aufweist, die zum Beispiel oberhalb des Temperaturniveaus der Umgebung der Vorrichtung liegt. Entsprechend der genutzten Druckniveaudifferenz und dem vorherigen Temperaturniveau, welches das Fluid vor den Eintritt in den Kolbenmotor aufgewiesen hat, sowie der Effektivität der Nutzung oder entsprechend der Temperierung des Fluides im Kolbenraum besteht die Möglichkeit, dass das Fluid nach dem Austritt ein Temperaturniveau aufweist, welches unterhalb der Umgebungstemperatur ist. Aus diesem Grund kann es vorteilhaft sein, die Volumen des Fluides, die aus dem Kolbenmotor abgeleitet wurden, für eine weitere Nutzung weiterzuleiten, wenn diese bereits ein niedrigeres Temperaturniveau aufweisen. Die Volumen des Fluides, die aus dem Kolbenmotor abgeleitet wurden, werden weiter gekühlt, bis sich diese verflüssigen. Die weitere Senkung des Temperaturniveaus kann über einen Wärmetaucher im Gegenstromverfahren umgesetzt werden, wenn aufgrund anderer Prozesse Fluidvolumen zur Wärmeübertragung verfügbar sind, die ein niedriges Temperaturniveau aufweisen. Wenn diese Volumen nicht zur Verfügung stehen, wird das Fluid in einen Wärmetauscher eingeleitet, dort wird es im Gegenstromverfahren von einem Fluid eines anderen Kreislaufes gekühlt, welches die Wärmemengen aufgrund eines Verdampfungvorganges aufnimmt. Wenn sich das Fluid im ersten Kreislauf befindet, steht dieser Wärmetauscher nicht zur Verfügung, weil das Fluid des ersten Kreislaufes für die Kondensation das niedrigste Temperaturniveau des Kreislaufsystems aufweist. Es besteht nur die Möglichkeit, dass das Fluid des ersten Kreislaufes von dem Fluid des letzten Kreislaufes in einem geringeren Umfang temperiert bzw. vorgekühlt wird, bevor eine weitere Verringerung des Temperaturniveaus zu der Verflüssigung des Stickstoffes führt. Aus diesem Grund erfolgt die weitere Temperierung mit Hilfe der im Folgenden dargestellten 2 bzw. der 1, 2, 3. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass das Fluid in einer anderen Vorrichtung verflüssigt wurde und danach in den Kältespeicher eingeführt wird, zum Beispiel wenn das Fluid, welches aus dem Kolbenmotor abgeleitet wird, in die Umgebung abgegeben wird. Das überwiegend flüssige Fluid, zum Beispiel Stickstoff, wird in dem Kältespeicher eingeführt. Von dort wird es in den Verdampfer geschoben, der ein höheres Druckniveau aufweist. Der Verdampfer befindet sich oberhalb des Kältespeichers. In dem Verdampfer steigt das Fluid nach oben. Im Gegenstromverfahren strömt das temperierende Fluid, das durch die Wärmetauscher abgetrennt ist, im Verdampfer nach unten. Die einzelnen Wärmetauscherflächen der Gegenstromvorrichtung sind durch Isolatoren voneinander getrennt, damit keine Wärmeleitung innerhalb des Wärmetauschers erfolgt. Das Temperaturniveau, welches in der Gegenstromvorrichtung vorliegt, wird von unten nach oben höher. Die Geschwindigkeit und die Streckenlänge, mit der die Fluide an den Wärmetauscherflächen vorbeigeführt werden, sowie die Menge des eingeleiteten Fluides, sind darauf ausgerichtet, dass ein möglichst vollständiger Wärmeaustausch erfolgt. Bei dem nach oben steigende Fluid, zum Beispiel Stickstoff, erhöht sich das Temperaturniveau. Das Temperaturniveau des nach unten strömenden Fluides, zum Beispiel Methan oder Krypton, verringert sich. An der Stelle von Methan oder Krypton kann zum Beispiel auch Stickstoff eingesetzt werden, wenn die Druckniveaus dieser Volumen des Stickstoffes, die in dem weiteren, getrennten Kreislauf zirkulieren, insgesamt höher sind. Die Wärme, die die aufsteigenden Stickstoffvolumen von den nach unten strömenden Volumen des Methans oder Kryptons aufnehmen, führt ab einer bestimmten Höhenstufe zur überwiegenden Verdampfung des Stickstoffes. Der Wärmeentzug der Volumen des nach unten strömenden Methans oder Kryptons führt zu einer überwiegenden Kondensation des Methans oder Kryptons. Das überwiegend gasförmige Stickstoff steigt weiter nach oben in einem Raum, der sich über diesen Wärmetauscher befindet. In diesem Raum, der ein möglichst großes Volumen aufweist, stömt das Fluid, bevor es in den Kolbenmotor geleitet wird. Der Raum wird eingesetzt, damit ein möglichst hohes Druckniveau aufgebaut wird. In diesem Druckausgleichsraum können weitere Wärmetauscher angeordnet werden, die das höchste Temperaturniveau übertragen, welches für diesen Prozess zur Verfügung steht. Oberhalb des Druckausgleichsraum befindet sich der Kolbenmotor. An der Stelle von einem Kolbenmotor können mehrere Kolbenmotoren hintereinander angeordnet werden. Ein Kolbenmotor kann mit der 4 vergleichbar sein, wenn zum Beispiel eine Temperierung des Fluides im Kolbenraum vorgesehen ist. Vorteihaft ist ein Kolbenmotor, der einen möglichst kleinen Totraum aufweist, wie zum Beispiel mit den 4, 5, 6 beschrieben. An der Stelle eines Kolbenmotors kann auch eine andere Vorrichtung zur Nutzung der Temperaturniveaudifferenz angeordnet werden. Es besteht auch die Möglichkeit, dass das Fluid erst in einen Kolbenmotor geleitet wird, und danach in eine andere Vorrichtung, um einen thermionischen oder einen thermoelektrischen Effekt zu nutzen oder umgekehrt. Um die Druckniveaudifferenz zu erhöhen, besteht die Möglichkeit, das Druckniveau innerhalb des Verdampfers und des angeschlossenen Druckausgleichsraums zu erhöhen und/oder das Druckniveau im Raum für das expandierte Gas zu verringern. Aufgrund eines anderen Druckniveaus ändert sich das Temperturniveau für die Verdampfung und Kondensation des Fluides. Das flüssige Fluid kann aus dem Kältespeicher mit einem höheren Druck in den Verdampfer geschoben werden. Wenn das Druckniveau im Verdampfer höher ist, ist das Temperaturniveau für die Verdampfung des Fluides höher. Bei der Festlegung des Druckniveaus im Verdampfer besteht unter anderem die Möglichkeit, ein Druckniveau zu bestimmten, welches niedrig genug ist, um bei dem vorgesehenen Temperaturniveau eine ausreichende Verdampfung des Fluides zu ermöglichen, und hoch genug, um eine möglichst große Druckniveaudifferenz zu erzeugen. Beträgt das Druckniveau über 100 bar oder sogar über 200 bar und kann eine annähernd isotherme Expansion in den Vorrichtungen zur Nutzung des Druckniveaus umgesetzt werden, wofür zum Beispiel das Temperturniveau der Umgebung der Vorrichtungen genutzt werden kann, besteht die Möglichkeit, dass ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird. Die Temperierung mit dem Temperaturniveau der Umgebung kann durch Fluide zur Wärmeübertragung erfolgen, die aus einem Zwischenspeicher und/oder aus einer Vorrichtung für einen Wärmeaustausch abgeleitet werden. Nach der Temperierung auf das Temperaturniveau der Umgebung kann eine weitere Temperierung durch den Einsatz von Brennstoffen, zum Beispiel durch die Verbrennung von Wasserstoff, erfolgen. Der Wasserstoff kann in einem flüssigen Zustand gespeichert werden, falls dies erforderlich ist. Bei dieser Lagerung wird entweder die Steigerung des Druckniveaus genutzt, wenn der Wasserstoff verbrannt wird, und/oder das Temperaturniveau des Fluides wird vor der Verbrennung zur Temperierung und/oder für eine Nutzung verwendet, die mit den oben angeführten sowie den folgenden Beschreibungen vergleichbar ist. An der Stelle von einem Kolbenmotor können mehrere Kolbenmotoren hintereiander angeordnet werden, die sich zum Beispiel aufgrund eines anderen Kolbendurchmessers und/oder durch die Nutzung einer anderen Druckniveaudifferenz voneinander unterscheiden. Außerdem besteht die Möglichkeit Vorrichtungen mit einem vergleichbaren oder mit einen anderen Aufbau einzusetzen, zum Beispiel können Turbinen genutzt werden. Zwischen den einzelnen Vorrichtungen zur Nutzung des Druckniveauunterschiedes können Räume mit Wärmetauschern angeordnet werden. In diesen Räumen wird das Fluid annähernd isobar temperiert. Eine Temperierung des expandierten Fluides kann in diesen Räumen im Gegenstromverfahren erfolgen. Die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung, die aus den Wärmetauschern dieser Räume wieder ausgeleitet werden, nachdem sie im Gegenstromverfahren das expandierte Fluid temperiert haben, können in weitere Vorrichtungen geleitet werden, um dass Temperaturniveau dieser Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung zu nutzen, oder sie werden in einem wärmeisolierten Raum oder in einer wärmeisolierten Leitung zwischengespeichert. Die Expansion des Fluides kann in über 30 hintereinander angeordneter Kolbenmotoren genutzt werden. Wenn die Erhöhung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides zwischen den Kolbenmotoren nicht nur annähernd isobar erfolgen soll, besteht eine Möglichkeit darin, dass zwischen den Kolbenmotoren mehrere Räume für den Wärmeaustausch angeordnet werden, die über Ventile und/oder Schieber geöffnet oder geschlossen werden können. Zwischen zwei Räumen für Kolbenmotoren, die ein unterschiedliches durchschnittliches Durckniveau aufweisen, und in denen mehrere Kolbenmotoren angeordet werden können, befinden sich mehrere Räume für den Wärmeaustausch, die an den Stellen, an denen sie mit den Kolbenmotoren verbunden sind, über Ventile separat auf den beiden Seiten geschlossen oder geöffnet werden können, wobei jeder Kolbenmotor mit mehreren Räumen für den Wärmeaustausch verbunden ist. Das expandierte Arbeitsfluid strömt in einen der Räume für den Wärmeaustausch, der gegenüber dem Kolbenmotor geöffnet ist, die Ventile werden geschlossen, aufgrund der Temperierung erhöht sich das Temperaturniveau und das Druckniveau in dem geschlossen Raum. Nach der Erhöhung des Drucknivaus werden die Ventile zu dem nächsten Kolbenmotor geöffnet etc. Wenn innerhalb eines Raums für den Wärmeaustausch keine Wärmetauscher eingesetzt werden, die das Arbeitsfluid im Gegenstromverfahren temperieren, besteht eine Möglichkeit darin, dass ein Raum für den Wärmeaustausch mit dem Aufbau einer 4 vergleichbar ist. Verschiedene Volumen des Fluides, die innerhalb von unterschiedlichen Zeiträumen aus einem Raum für den Wärmeaustausch abgeleitet werden, weisen ein unterschiedliches Druckniveau auf. Es erfolgt erst eine annähernd isobare Ausleitung des Fluides aus dem Raum für den Wärmeaustausch, wenn das Fluid des Raums für den Wärmeaustausch gewechselt wird. Danach wird eine isochore Erhöhung des Temperaturniveaus umgesetzt, wenn das Fluid ausgetauscht wurde, und wenn alle Ventile des Raums für den Wärmeaustausch geschlossen sind. Nach der Erhöhung des Temperaturniveaus und des Druckniveaus wird das Druckniveau des Raums für den Wärmeaustausch möglichst weitgehend isotherm abgebaut, bis das Ausgangsdruckniveau erreicht wurde. Im Anschluss daran wird das Fluid des Raums für den Wärmeaustausch wieder isobar ausgewechselt. Die Nutzung des Fluides, das aus einem Raum für den Wärmeaustausch abgeleitet wird, erfolgt mit einem unterschiedlichen Druckniveau. Aus diesem Grund müssen mehrere nebeneinander angeordneter Kolbenmotoren für einen bestimmten Bereich der Nutzung der Druckniveaudifferenz eingesetzt werden, und/oder die Anwendungen für die Nutzung der erzeugten Leistungen werden entsprechend angepasst. Dies ist mit einem größen Aufwand verbunden. Wenn das expandierte Fluid nach der Ableitung aus der letzten Vorrichtung zur Nutzung des Druckniveauunterschiedes ein Temperaturniveau unterhalb des Temperaturniveaus der Umgebung der Vorrichtung aufweist, kann das niedrigere Temperturniveau für die folgende Temperierung genutzt werden. Nach der Ableitung des Fluides aus der letzten Vorrichtung zur Nutzung des Druckniveauunterschiedes wird das Fluid temperiert, zum Beispiel damit eine Verflüssigung erfolgen kann. Ein Fluid mit einem niedrigeren Temperaturniveau verringert diesen Aufwand im Verhältnis zu der verbleibenden Temperaturniveaudifferenz, für die eine Temperieung erfolgt, und ggf. zu dem Aufwand für den Phasenwechsel, wenn eine Verflüssigung vorgesehen ist. Bei einem hohen Druckniveau im Verdampfer kann zudem eine geringere Anzahl an Kreisläufen eingesetzt werden, in Abhängigkeit von dem aufgebauten Druckniveau, verglichen mit dem addierten Druckniveaus mehrerer Kreisläufe, die hintereinander eingesetzt werden. Unter anderem kann mit den Fluiden Stickstoff und Neon ein hohes Druckniveau aufgebaut werden. Die Anzahl der Kreisläufe wird durch die addierten Druckniveaudifferenzen bestimmt, die für die Erzeugung von Arbeit genutzt werden können. Die gesamte Druckniveaudifferenz, die sich aus der Summe der einzelen Druckniveaudifferenzen ergibt, die für die Erzeugung von Arbeit genutzt werden können, wird möglicht weitgehend erhöht. Es wird außerdem berücksichtigt, welches Volumen mit welchem Druckniveau in einem Kreislauf zur Verfügung steht. Dies hängt auch von dem Umfang der Wärmemengen ab, die von einem Kreislauf auf den nächsten Kreislauf übertragen werden können. Für eine Verringerung des Temperaturniveaus, das mit einem Phasenwechsel eines Fluides verbunden ist, werden größere Wärmemengen benötigt, verglichen mit einer Temperaturniveauverringerung ohne einen Phasenwechsel des Fluides. Die Fluide unterscheiden sich unter anderem in Bezug auf das Temperaturniveau und das Druckniveau, die für eine Kondensaton erforderlich sind, sowie hinsichtlich der benötigten Wärmemengen für einen Phasenwechsel bezogen auf ein bestimmtes Gewicht oder Volumen etc. Abgesehen von Stickstoff können zum Beispiel die Fluide Krypton, Xenon oder Neon eingesetzt werden. Außerdem besteht noch die Möglichkeit, dass die Fluide Ethylen, Methan, Ethan, Propan, Butan, Kohlendioxid oder Ammoniak etc. verwendet werden. Um ein hohes Druckniveau zu nutzen, besteht die Möglichkeit, dass mehrere Kolbenräume hintereinander angeordnet werden. Jeder separate Kolbenraum, in dem sich mindestens zwei Kolbenmotoren befinden, untscheidet sich aufgrund ein höheres durchschnittliches Druckniveaus von den folgenden Kolbenräumen. Das durchschnittliche Druckniveau der Kolbenräume nimmt bis zu dem letzten Kolbenraum, aus dem das expandierte Fluid in den Raum abgeleitet wird, der nach den Kolbenräumen angeordnet ist, immer weiter ab. Damit die Bewegungen der Kolben ausgeglichen werden, und das Durckniveau in einem Kolbenraum möglichst konstant bleibt, werden mindestens zwei Kolbenmotoren in einem Kolbenraum für die Kolbenmotoren angeordnet. Wenn ein Kolben in den Zylinder eines Kolbenmotors gefahren wird, wird ein anderer Kolben zeitgleich aus einem anderen Zylinder eines weiteren Kolbenmotors geschoben. Um die Reibungen zusätzlich zu minimieren, sind alle Kolbenstangen über eine Vorrichtung zur Übersetzung der Bewegungen mit einer Stange, zum Beispiel einer Kurbelwelle, zur Weiterleitung der Bewegungen verbunden. Diese Stange geht durch alle Kolbenräume. Aus diesem Grund befinden sich die Öffnungen für diese Stange nicht zwischen einem Kolbenraum und dem Raum außerhalb der Kolbenräume, sondern zwischen zwei Kolbenräume, die sich durch ein anderes durchschnittliches Druckniveau voneinander unterscheiden, wobei diese Druckniveaudifferenz kleiner ist als die Druckniveaudifferenz zwischen einem Kolbenraum und dem Raum außerhalb des Kolbenraums, bis auf den letzten Kolbenraum, aus dem die Stange in den Raum geführt wird, der sich außerhalb der Kolbenräume befindet. An der Stelle des Einsatzes dieser Stange zur Weiterleitung der Bewegungen der Kolbenstangen ist auch der Einsatz eines flüssigen Fluides möglich, das für die Weiterleitung der Verschiebungen eines Kolbens eines Kolbenraums verwendet wird. Diese Nutzung ist mit einer höheren Reibung verbunden. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass die Kolbenstangen mit einem Magneten verbunden sind, oder dass sich innerhalb eines Kolbenraums ein seperater Generator befindet etc. Zwischen den Kolbenräumen befinden sich die Räume für die Temperierung des Fluides, das aus einem Kolbenraum ausgeleitet wird. Die Temperierung kann im Gegenstromverfahren erfolgen, wobei die Möglichkeit besteht, dass die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung mit einem angepassten Temperaturniveau und mit einem angepassten Druckniveau an die Wärmetauscherflächen der Gegenstromvorrichtung geleitet werden, um das expandierte Fluid zu temperieren. Die Temperierung erfolgt annähernd isobar, wenn die Größe der Volumen, die aus dem Raum für die Temperierung wieder abgeleitet werden, entsprechend angepasst ist. Zusätzlich kann eine Temperierung des Fluides innerhalb der Kolbenräume erfolgen, wenn diese zum Beispiel einen Aufbau aufweisen, der mit der 4 vergleichbar ist. Über 30 Kolbenräume können hintereinander angeordnet werden. An der Stelle von Kolbenmotoren können Turbinen oder andere Vorrichtungen eingesetzt werden. Der oben beschriebene Kreislauf wird wie folgt fortgesetzt. Das Fluid strömt aus dem Druckausgleichsraum in den Kolbenmotor. Innerhalb des Druckausgleichsraums und des Verdampfers liegt ein höheres Druckniveau vor, als in dem Kältespeicher und in dem Volumen, in welches das Fluid nach dem Austritt aus dem Kolbenmotor eingeleitet wird. Die Durckniveaudifferenz wird in dem Kolbenmotor für die Erzeugung von Arbeit genutzt. Nach dem Austritt aus dem Kolbenmotor wird das Fluid in dem Kreislauf weitergeleitet, wenn es nicht an die Umgebung abgegeben wird. Der Kreislauf beginnt erneut. An dem ersten Kreislauf ist ein zweiter Kreislauf angeschlossen, in diesem Kreislauf zirkuliert zum Beispiel Methan oder Krypton. Es besteht auch die Möglichkeit, dass in diesem Kreislauf wieder Stickstoff eingesetzt wird, wenn die Volumen des Stickstoffes ein insgesamt höheres Druckniveau aufweisen. Das durchschnittliche Druckniveau dieser Volumen des Stickstoffes des zweiten Kreislaufes müssen höher sein, weil die Notwendigkeit besteht, dass das Temperaturniveau für die Kondensation des Stickstoffes höher ist. In einem Verdampfer, in dem ein Fluid verdampft, weil das Temperaturniveau dieses Fluides erhöht wird, wird die Wärme im Gegenstromverfahren von einem Fluid abgegeben, dessen Temperaturniveau verringert wird, und das am unteren Ende der Gegenstromvorrichtung kondensiert. Da in dem Verdampfer, in dem das Fluid verdampft, ein höheres Druckniveau vorliegt, als zum Beispiel im dem Kältespeicher oder in dem Volumen, in welches das Fluid nach dem Austritt aus dem letzten Kolbenmotor geleitet wird, ist das Temperaturniveau bei der die Verdampfungswärmemengen aufgenommen werden, entsprechend höher. Es ist erforderlich, dass das Temperaturniveau für die Kondensation des Fluides, welches für einen Wärmeaustausch im Gegenstromverfahren zur Verfügung steht, höher ist, als dieses Temperaturniveau bei dem das abgetrennte Fluid die Verdampfungswärme aufnimmt. Aus diesem Grund gibt das Fluid in dem zweiten Kreislauf die Kondensationwärmemengen auf einem höheren Temperaturniveau ab, als das Fluid des ersten Kreislaufes. Das Temperaturniveau für die Kondensation hängt u. a. davon ab, welches Fluid eingesetzt wird und welches Druckniveau zum Zeitpunkt der Kondensation vorliegt. Innerhalb dieses Zeitraumes für die Kondensation weist das Fluid eine bestimmt Dichte auf, die von dem Druckniveau und der Art des eingesetzten Fluides abhängt. Die Dichte ist einer von mehreren Faktoren, die entscheiden, wie groß die Wärmemengen sind, die für ein bestimmtes Volumen eines Fluides ausgetauscht werden können. Eine für die Prozessführung ausreichende Dichte wird entsprechend eingestellt. Das Methan, das am Ende der Gegenstromvorrichtung überwiegend kondensiert, wird in einen Kältespeicher geleitet. In dem Kältespeicher kann eine Vorrichtung, die mit der 2 vergleichbar ist, oder eine andere Vorrichtung das Temperaturniveau weiter regulieren, falls dies erforderlich ist. Die Volumen des Methans, die für die Verdampfung benötigt werden, werden aus dem Kältespeicher in den Verdampfer geschoben, in dem ein höheres Druckniveau vorliegt. Der zweite Kreislauf wird an dieser Stelle wie der erste Kreislauf fortgeführt. Das Methan steigt in den Verdampfer nach oben und wird dabei über die Wärmetauscher des Verdampfers im Gegenstromverfahren von dem Fluid des dritten Kreislaufes temperiert. Das Fluid des dritten Kreislaufes kann zum Beispiel aus Ethylen bestehen. Es besteht auch die Möglichkeit, dass im dritten Kreislauf wieder Methan eingesetzt wird, wenn die Volumen des Methan des dritten Kreislaufes insgesamt ein höheres Druckniveau aufweisen. Das überwiegend verdampfte Methan strömt in den Druckausgleichsbehälter. Dort wird die Temperatur des Methans gegebenfalls durch weitere Wärmetauscher auf das höchstmögliche Niveau erhöht. Aus dem Druckausgleichsbehälter wird das Methan in einen Kolbenmotor geleitet. In dem Kolbenmotor expandiert das Fluid. Aus dem letzten Kolbenmotor wird das Methan in die Wärmetauscher des ersten Kreislaufes geführt. Dort temperiert es im Gegenstromverfahren das Stickstoff und kondensiert. Anschließend strömt es in den Kältespeicher. Der Kreislauf beginnt erneut. An dem zweiten Kreislauf ist ein dritter Kreislauf angeschlossen, in dem zum Beispiel das Fluid Etyhlen eingesetzt werden kann oder Volumen von Methan, die ein anderes Druckniveau aufweisen. An dem dritten Kreislauf kann sich ein vierter Kreislauf anschließen, in dem zum Beispiel das Fluid Ethan zirkuliert. An diesem vierten Kreislauf kann ein fünfter Kreislauf angeschlossen sein, in dem zum Beispiel das Fluid Propan eingesetzt wird. Die Anzahl der Kreisläufe ist von der Höhe der Druckniveaudifferenz abhängig, die in jedem Kreislauf genutzt werden kann, sowie von der Höhe der Temperaturniveaudifferenzen und von der Effektivität der Wärmeübertragung. Nach dem letzten Kreislauf sind die Temperaturniveaudifferenzen für eine weitere Nutzung zu niedrig oder die übertragenen Wärmemengen sind, verglichen mit den umgesetzten Wärmemengen des ersten Kreislaufes, zu klein etc. Die Volumen des Fluides des letzten Kreislaufes, die aus dem Kältespeicher dieses letzten Kreislaufes geschoben werden, um im Gegenstromverfahren Wärme aufzunehmen und zu verdampfen, werden zur Temperierung der Fluide der anderen Kreisläufe eingesetzt. Diese Volumen können u. a. eingesetzt werden, um im Gegenstromverfahren das Temperaturniveau des Fluides des ersten Kreislaufes zu verringern, bevor die Volumen des ersten Kreislaufes in eine Vorrichtung zur Temperierung dieser Volumen strömen, damit eine Verflüssigung des Fluides erfolgt. In dem oben dargestellten Kreislaufsystem wird das flüssige Fluid eines Kreislaufes aus dem Kältespeicher in den Verdampfer geschoben, der ein höheres Druckniveau aufweist. Das eingeführte Fluid wird im Verdampfer über die Wärmetauscher im Gegenstromverfahren temperiert und steigt nach oben. Die Temperierung erfolgt in dieser Vorrichtung mit den Wärmetauschern im Gegenstromverfahren über die Wärmetauscher durch ein Fluid eines anderen Kreislaufes, welches die Wärme abgibt und nach unten strömt. Es besteht auch die Möglichkeit, dass an der Stelle eines flüssigen oder überwiegend flüssigen Fluides ein gasförmiges oder überwiegend gasförmiges Fluid in diese Vorrichtung mit den Wärmetauschern geschoben wird. Ein bestimmtes Volumen eines gasförmigen Fluides wird in die Vorrichtung mit den Wärmetauschern geschoben, an die der Druckausgleichsraum angeschlossen ist. Während das Volumen dieses gasförmigen oder überwiegend gasförmigen Fluides in die Vorrichtung mit den Wärmetauschern geschoben wird, wird die gleiche Menge des Fluides, die unten in diese Vorrichtung eingeleitet wird, an der obersten Stelle des Druckausgleichraumes, abgeführt. Die abgeleitete Menge des Fluides wird in einem Kolbenmotor zur Erzeugung von Arbeit genutzt. Der Aufwand für die Verschiebungen aufgrund der Einleitung und der Kompression des Fluides wird aufgrund der Erzeugung von Arbeit bei der Ausleitung der gleichen Menge des Fluides an einer anderen Stelle ausgeglichen. Die Kolben, die für die Verschiebungen genutzt werden, können über einen Wirkungsmechanismus miteinander verbunden werden. Wenn ein gasförmiges Fluid in die Vorrichtung mit den Wärmetauschern geschoben wird, ist der Aufwand für die Verschiebung des Fluides in diese Vorrichtung größer, weil das Volumen des gasförmigen oder überwiegend gasförmigen Fluides größer ist und/oder weil das Fluid komprimiert werden muss. Außerdem sind die Verluste aufgrund von Reibungen höher. Dafür verringern sich die Wärmemengen, die übertragen werden müssen, da kein Phasenwechsel des Fluides erfolgt. Es besteht die Möglichkeit, dass Fluide eingesetzt werden, die nur geringfügig von einem Phasenwechsel entfernt sind, wenn Sie in den Kältespeicher eingeführt werden, oder die nur zu einem geringfügigen Anteil kondensiert sind. Der Begriff Fluid bzw. Fluide wird in den vorstehenden sowie in den folgenden Darstellungen als zusammenfassende Bezeichung für verschiedene Flüssigkeiten und Gase verwendet. An der Stelle von dem Einsatz dieser Fluide ist es auch möglich, ein Fluid einzusetzen, welches nach einem Wärmeaustausch nicht geringfügig von einem Phasenwechsel entfernt ist, wenn das durchschnittliche Temperaturniveau der Kreisläufe ausreichend hoch ist, zum Beispiel Helium. Der Einsatz der oben angeführten Kreislaufsysteme ist unter anderem vorteilhaft, weil der Wärmeaustausch zwischen den Kreisläufen über Wärmetauscher erfolgt, die an den selben Stellen das gleiche Temperaturniveau aufweisen, und der Wärmeaustausch zwischen den Fluiden erfolgt, die den Kolbenmotor antreiben, der einen Aufbau aufweisen kann, der mit der 4 vergleichbar ist. Innerhalb der 4 kann eine Temperierung des Fluides über die Wärmetauscherflächen des Kolbenmotors erfolgen.
Zwischen dem untersten Temperaturniveau 2 oder einem vergleichbaren Temperaturniveau und dem höchsten Temperaturniveau 4, welches das Temperaturniveau der Umgebung der Vorrichtung oder ein erhöhtes Temperaturniveau eines Fluides zur Wärmeübertragung darstellt, befindet sich eine Temperaturniveaudifferenz 7. Diese Temperaturniveaudifferenz 7 kann wie oben und im Folgenden beschrieben genutzt werden. Eine Möglichkeit für die Nutzung dieser Temperaturniveaudifferenz 7 besteht mit einer isochoren Temperierung des Fluides eines Kolbenraums, zum Beispiel der 4, 5, 6, bei der das Temperaturniveau dieses Fluides verringert wird. Der erste Abschnitt sieht vor, dass das Fluid eines Kolbenraums auf das Temperaturniveau 2 oder auf ein vergleichbares Temperaturniveau isochor verringert wird. Aufgrund der isochoren Verringerung des Temperaturniveaus des Fluides des Kolbenraums nimmt das Druckniveau innerhalb des Kolbenraums ab. Nach der Verringerung des Temperaturniveau und damit des Druckniveaus des Fluides des Kolbenraums erfolgt eine Kolbenbewegung, mit der das verringerte Druckniveau genutzt wird. Der Kolben wird in den Zylinder geschoben. Diese Bewegung des Kolbens in den Zylinder wird durch angepasste Vorrichtungen genutzt, die die abnehmende Druckniveaudifferenz umsetzen und/oder der Kolben ist mit einem Kolben eines Zylinders verbunden, in dem ein erhöhtes Druckniveau abgebaut wird. Es besteht auch die Möglichkeit, dass nur ein Kolben verwendet wird, dieser kann zum Beispiel einen Isolationskörper aufweisen, der mit den folgenden Fig. beschrieben wird. Auf der einen Seite des Kolbens mit dem Isolationskörper wurde das Temperaturniveau verringert und auf der anderen Seite des Kolbens wurde das Temperaturniveau vor der Bewegung des Kolbens erhöht. Das erhöhte Temperaturniveau wird während der Bewegung des Kolbens annähernd konstant gehalten. Nach der Verringung des Temperaturniveaus wird der Kolben bewegt oder die Fixierung des Kolbens wird gelöst. Im zweiten Abschnitt wird der Kolben aufgrund des verringerten Druckniveaus in den Zylinder geschoben. Diese Bewegung wird genutzt, bis das Druckniveau aufgrund der adiabatischen Verdichtung des Fluides des Kolbenraums annähernd auf das Druckniveau gestiegen ist, welches das Fluid vor der Temperierung aufwies. Der dritte Abschnitt besteht darin, dass das Temperaturniveau des Fluides des Kolbenraums, welches aufgrund der adiabatischen Verdichtung höher ist als vor der Verdichtung, tempiert wird. Das Temperaturniveau des Fluides des Kolbenraums wird zusätzlich isochor erhöht. Die isochore Temperierung erfolgt aufgrund des Einsatzes eines Regeneratur und/oder aufgrund der Verwendung von Strömen des Fluides zur Wärmeübertragung, die ein angepassten Temperaturniveau und ggf. ein angepasstes Druckniveau aufweisen. Der Regeneratur und/oder die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung tempieren das Fluid des Kolbenraums. Die Kälte bzw. das jeweilige Temperaturniveau des Fluides des Kolbenraums, wird aufgrund des Einsatzes eines Regeneratur und/oder aufgrund der Temperierung durch die Ströme oder die Bereiche des Fluides zur Wärmeübertragung, die sich durch ein anderes durchschnittliches Temperaturniveau voneinander untescheiden, zwischengespeichert. Aufgrund der isochoren Temperaturerhöhung des Fluides des Kolbenraums erhöht sich das Druckniveau. Im vierten Abschnitt wird das Fluid des Kolbenraums annähernd isotherm expandiert. Aufgrund des Einsatzes eines Verdrängers bzw. einer Strömungshilfe erfolgt während der Expansion oder zwischen den einzelnen Expansionsschritten eine Temperierung des Fluides über die Zylinderwände mit dem Fluid für die Wärmeübertragung. Die isotherme Temperierung kann mit der Verwendung von Strömen des Fluides zur Wärmeübertragung, die ein angepassten Temperaturniveau und ggf. ein angepasstes Druckniveau aufweisen, erfolgen. Die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung tempieren das Fluid des Kolbenraums. Die Kälte bzw. das jeweilige Temperaturniveau des Fluides des Kolbenraums, kann aufgrund des Einsatzes von Strömen oder Bereichen des Fluides zur Wärmeübertragung, die sich durch ein anderes durchschnittliches Temperaturniveau voneinander untescheiden, zwischengespeichert werden, falls dies erforderlich ist. Bei der annähernd isothermen Expansion des Fluides erfolgt eine Nutzung der Kolbenbewegung. Der Kolben wird aus dem Zylinder geschoben. Die abnehmende Druckniveaudifferenz wird mit entspechend angepassten Anwendungen genutzt. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass der Kolben, der aufgrund des expandierten Fluides aus dem Zylinder geschoben wird, mit einem Kolben verbunden ist, der aufgrund einer adiabatischen Verdichtung des Fluides in den Zylinder gezogen wird. Es besteht ferner die Möglichkeit, dass nur ein Kolben verwendet wird, dieser kann zum Beispiel einen Isolationskörper aufweisen. Auf der einen Seite des Kolbens mit dem Isolationskörper wurde das Temperaturniveau vorher verringert und auf der anderen Seite des Kolbens wird das Temperaturniveau aufgrund der annähernd isothermen Expansion fast konstant gehalten. Bei einer Verbindung von zwei Kolben oder bei dem Einsatz von einem Kolben, der einen Isolationskörper aufweist, besteht eine höhere Druckniveaudifferenz, insbesondere innerhalb der ersten Teilschritte der Verschiebung des Kolbens, weil das Temperaturniveau des Fluids im Kolbenraum auf der einen Seite des Kolbens isochor verringert wurde, und das Fluides auf der anderen Seite des Kolbens nach der isochoren Erhöhung des Temperaturniveaus annähernd isotherm expandiert wird. Aufgrund des erhöhten Druckniveaus wird der Kolben auf der einen Seite aus den Zylinder geschoben, diese Bewegung wird genutzt, bis das Druckniveau aufgrund der Expansion des Fluides annähernd auf das Druckniveau verringert wurde, welches vor der Temperierung vorgelegen hat, die mit dem ersten Abschnitt beschrieben wird. Die Nutzung der Bewegung des Kolbens erfolgt durch eine Anpassung der verbundenen Anwendungen so lange, bis eine weitere Kolbenbewegung nicht mehr vorgesehen ist. Anschließend erfolgt die Abkopplung der Vorrichtungen zur Nutzung der Bewegungen. Der Kolben wird danach gegebenenfalls für eine geringfügige Streckelänge aus dem Zylinder geschoben. Anschließend wird die Kolbenbewegung angehalten oder der Kolben wird fixiert. Nach dem vierten Abschnitt erfolgt wieder die Temperierung im ersten Abschnitt. Das Temperaturniveau des Fluides im Kolbenraum des angehaltenen oder fixierten Kolbens wird wieder verringert. Für die Verringerung des Temperaturniveau werden ein Regenerator und/oder die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung eingesetzt, mit denen das Temperaturniveau bzw. die Kälte des Fluides des Kolbenraums zwischengespeichert wurde. Nach dieser Temperierung durch einen Regenerator und/oder durch den Einsatzes der Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung, die sich aufgrund ein anderes durchschnittliches Temperaturniveau voneinander unterscheiden, erfolgt eine Temperierung durch ein Strom des Fluides zur Wärmeübertragung, welcher zum Beispiel aus der 2 abgeleitet wurde. Das Temperaturniveau dieses Stroms des Fluides zur Wärmeübertragung muss erzeugt werden. Der Ablauf beginnt erneut.
Mit der 1 sowie den folgenden Fig. werden mehrere Möglichkeiten beschrieben, um die Temperaturniveaudifferenz 6 zu erzeugen. Zum Beispiel durch den Einsatz von Kreisläufen, in denen eine Verdampfung erfolgt. Mögliche Temperaturniveaudifferenzen für verschiedene Kreisläufe sind in der fünften Spalte der Tabelle 6 angegeben. Die Verdampfung erfolgt auf dem Temperaturniveau 2. Das Temperaturniveau 3 ist das Temperaturniveau für die Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel. Zwischen dem Temperaturniveau 2 und 3 befindet sich die Temperaturniveaudifferenz 6. An einem Kreislauf, in dem ein Fluid für den Phasenwechsel das Temperaturniveau 2 und das Temperaturniveau 3 sowie die Temperaturniveaudifferenz 6 erzeugt, können weitere Kreisläufe angeordnet werden, in denen ein Fluid für den Phasenwechsel verdampft und kondensiert. Auf dem Temperaturniveau 3 oder auf einem niedrigeren Temperaturniveau befindet sich das Temperaturniveau 2 des zweiten Kreislaufes in dem ein Fluid für den Phasenwechsel verdampft. Auf dem Temperaturniveau 2 des zweiten Kreislaufes verdampft das Fluid und nimmt dafür die Kondensationswärme des ersten Kreislaufes auf, die auf dem Temperaturniveau 3 des ersten Kreislaufes abgegeben wird. Der zweite Kreislauf gibt die Kondensationswärme auf dem höheren Temperaturniveau 3 des zweiten Kreislaufes ab. Das höhere Temperaturniveau 3 des zweiten Kreislaufes befindet sich über dem Temperaturnivau 3 des ersten Kreislaufes. Wenn der gesamte zweite Kreislauf innerhalb des ersten Kreislaufes angeordnet wird, befindet sich das höhere Temperaturniveau 3 des zweiten Kreislaufes unter dem Temperaturnivau 3 des ersten Kreislaufes. Wenn ein dritter Kreislauf eingesetzt wird, befindet sich auf dem Temperaturniveau 3 des zweiten Kreislaufes oder auf einem niedrigeren Temperaturniveau das Temperaturniveau 2 des dritten Kreislaufes in dem ein Fluid für den Phasenwechsel verdampft. Auf dem Temperaturniveau 2 des dritten Kreislaufes verdampft das Fluid und nimmt dafür die Kondensationswärme des zweiten Kreislaufes auf, die auf dem Temperaturniveau 3 des zweiten Kreislaufes abgegeben wird und so weiter. Mehrere Kreisläufe können auf diese Weise ineinander und/oder übereinander anzuordnet werden, wenn dadurch die Verdampfungswärme, die letztendlich von der gesamten Vorrichtung abgegeben wird, weiter vergrößert wird. Ein Kreislauf kann aus diesem Grund eine höhere Temperaturniveaudifferenz aufweisen, wenn die Verdamfungswärmemenge, die von der gesamten Vorrichtung abgebenen wird, durch diese Anordnung von mehreren Kreisläufen vergrößert wird. Dabei ist zu berücksichtigen, dass für die Erzeugung von jeder Temperaturniveaudifferenz Arbeit aufgewendet werden muss. Der Arbeitsaufwand steigt, wenn weitere Temperaturniveaudifferenzen 6 erzeugt werden. Ein Kreislauf mit dem Temperaturniveau 2 und dem Temperaturniveau 3 sowie der Temperaturniveaudifferenz 6, die zwischen den Temperaturniveaus 2 und 3 entsteht, wird in einem wärmeisolierten Raum angeordnet. Ein wärmeisolierter Raum und ein Kreislauf wird unter anderem mit den folgenden 2, 3 dargestellt. Ein zweiter Kreislauf wird in einem zweiten wärmeisolierten Raum angeordnet, der an dem ersten wärmeisolierten Raum angeschlossen ist bzw. der mit diesem Raum über eine Wärmetauscherfläche oder über einen Kreislauf verbunden ist. An dem ersten oder zweiten wärmeisolierten Raum kann ein dritter wärmeisolierter Raum angeordnet werden und so weiter. Jeder der wärmeisolierten Räume weist ein anderes durchschnittliches Temperaturniveau auf.
Mit der 1 sowie den folgenden Fig. werden mehrere Möglichkeiten beschrieben, um die Temperaturniveaudifferenz 6 zu nutzen. Die Temperaturniveaudifferenz 6 kann unter anderem mit einem Kreislauf oder einem Kreislaufsystem, das die Verdampfung eines Fluides aufweist, genutzt werden. Das Temperaturniveau des Fluides, das sich in der Vorrichtung zur Nutzung der Temperaturniveaudifferenz 6 bzw. in einem zweiten Kreislauf zur Nutzung der Temperaturniveaudifferenz 6 befindet, verdampft auf der Höhe des Temperaturniveaus 3 oder auf einem niedrigeren Temperaturniveau. Die Kondensation des Fluides des zweiten Kreislaufes erfolgt auf einem Temperaturniveau, das sich auf dem Temperaturniveau 2 oder auf einem höheren Temperaturniveau befindet. Dieser Kreislauf zur Nutzung der Temperaturniveaudifferenz 6 kann eingesetzt werden, wenn dies aufgrund der jeweiligen Bedingungen für den Aufbau und/oder Ablauf der Vorrichtung erforderlich ist. Die Kondensationswärmemenge ist möglichst weitgehend zu minimieren. Aus diesem Grund kann eine Kondensation oder eine teilweise Kondensation des Fluides innerhalb des zweiten Kreislaufes zur Nutzung der Temperaturniveaudifferenz 6 nur dann auf einem Temperaturniveau umgesetzt werden, das sich unterhalb des Temperaturniveaus 2 des ersten Kreislaufes befindet, wenn eine Kompensation der Kondensationswärme aufgrund der Verrinerung des Temperaturniveaus, die durch eine Expansion des Fluides verursacht wird, erfolgt. Der Expansionsumfang und die entstehenden Wärmemengen hängen unter anderem von dem Druckniveau im Verdampfer, von dem eingesetzten Fluid und von den festgelegten Temperaturniveaudifferenzen ab.
Die thermische Energie auf der Höhe des Temperaturniveaus der Umgebung einer Vorrichtung kann unter anderem aufgrund der folgenden Möglichkeiten für eine Umwandlung in eine höherwertige Energieform genutzt werden. Für die Nutzung der thermischen Energie werden innerhalb eines wärmeisolierten Raums überwiegend Verdampfungswärmemengen erzeugt, vorausgesetzt, die erzeugten Wärmemengen, die nicht auf einen Phasenwechsel des Fluides zurückzuführen sind, sind nicht größer als der Arbeitsaufwand für die Erzeugung dieser Wärmemengen, unabhängig von dem jeweiligen Temperaturniveau der erzeugten Wärmemengen, und/oder aufgrund der Nutzung der Temperaturniveaudifferenz 6 in einem wärmeisolierten Raum wird eine ausreichend große Wärmemenge aus dem wärmeisolierten Raum transportiert, die nachgeführt werden muss, wobei innerhalb des wärmeisolierten Raums die Entstehung von Wärmemengen, die ein höheres Temperaturniveau aufweisen, möglichst weitgehend vermieden wird, und/oder die Temperaturniveaudifferenz 7 wird so effektiv verwertet und erzeugt wie vorstehend und mit den folgenden Fig. beschrieben.
Die 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen wärmeisolierten Fluidraum 8, in dem mindestens eine Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen angeordnet ist. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass in diesem Fluidraum 8 mindestens eine Vorrichtung zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen eingesetzt wird. Die Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen kann die Temperaturniveaudifferenzen aufgrund des hervorgerufenen Phasenwechsels eines Fluides erzeugen. Diese Vorrichtung wird zum Beispiel mit der folgenden Fig. beschrieben. Wenn bei dieser Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen außerdem die Erzeugung von Verdampfungswärme aufgrund des Phasenwechsels des Fluides überwiegt, handelt es sich bei der schematischen Darstellung des wärmeisolierten Raums 8 um eine Vorrichtung zur Erzeugung von Verdampfungswärme. Die Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen kann gegebenenfalls auch aus einer magnetischen Kühlung oder anderen Vorrichtungen bestehen, die die Temperaturniveaudifferenzen erzeugen. Es handelt sich um eine schematische Darstellung des wärmeisolierten Raums 8, die insgesamt mit 8 bezeichnet wird. An einem wärmeisolierten Fluidraum 8 ist eine wärmeisolierte Leitung für die Zuführung des Fluides 16 zur Wärmeübertragung sowie eine wärmeisolierte Leitung für die Abführung des Fluides 17 zur Wärmeübertragung angebracht. Der wärmeisolierte Fluidraum 8 und die wärmeisolierten Leitungen weisen wärmeisolierte Wände 9 auf. Die Wärmeisolierung besteht aus mehrere Schichten mit wärmeisolierenden Begrenzungen zwischen denen sich Hohlkörper befinden, die ein Vakuum aufweisen. An der Leitung für die Zuführung des Fluides 16 zur Wärmeübertragung ist eine Vorrichtung 18 für die Regulierung der Menge und der Geschwindigkeit mit der das Fluid 16 zur Wärmeübertragung in den wärmeisolierten Fluidraum 8 eingeführt wird. Das Volumen des eingeleiteten Fluides 16 zur Wärmeübertragung wird in das Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung eingeführt, welches innerhalb des wärmeisolierten Fluidraums für einen Wärmeaustausch zur Verfügung steht. Das Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, das sich in dem wärmeisolierten Fluidraum 8 befindet, weist ein niedrigeres Temperaturniveau auf als das eingeleitete Fluid 16 zur Wärmeübertragung. Das Fluid 16 zur Wärmeübertragung, das sich innerhalb des wärmeisolierten Fluidraums 8 befindet, wird zusammen mit dem Fluid zur Wärmeübertragung, in das es eingeleitet wurde, an den Wärmetauscherflächen 11 der inneren Kammer 10 des wärmeisolierten Fluidraums vorbeigeführt. Über die Wärmetauscherflächen 11 erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem zugeführten Volumen des Fluides 16 zur Wärmeübertragung und dem Fluid 14 zur Wärmeübertragung, das sich in der inneren Kammer 10 befindet. Die Wärmetauscherflächen 11 der inneren Kammer 10 stellen die obersten Begrenzungen der inneren Kammer 10 dar, damit das Volumen mit dem höchsten Temperaturniveau der inneren Kammer 10 für einen Wärmeaustausch zur Verfügung steht. Das Temperaturniveau des Fluides 14 zur Wärmeübertragung weist ein Temperaturniveau auf, welches möglichst weitgehend an das Temperaturniveau zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel angepasst ist. Aus diesem Grund wird das Volumen des Fluides 14 zur Wärmeübertragung für einen Wärmeaustausch genutzt, welches das höchsten Temperaturniveau aufweist, damit das Temperaturniveau des Volumens des Fluides 14 zur Wärmeübertragung, welches für einen Wärmeaustausch an den Wärmetauscherflächen für die Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel eingesetzt wird, das passende Temperaturniveau aufweisen kann. Das Temperaturniveau des Volumens des Fluides 14 zur Wärmeübertragung, das sich auf der einen Seite der Wärmetauscherflächen 11 in der inneren Kammer 10 befindet, ist niedriger als das Temperaturniveau des Volumens, das auf der anderen Seite der Wärmetauscherflächen 11 vorbeiströmt. Das Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, das auf der anderen Seite der Wärmetauscherflächen 11 vorbeiströmt, besteht aus dem zugeführten Fluid 16 zur Wärmeübertragung und dem Fluid zur Wärmeübertragung, in das das zugeführte Fluid 16 eingeleitet wird. Das Temperaturniveau des Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung, welches sich auf der einen Seite der Wärmetauscherflächen 11 befindet, unterscheidet sich mit einer möglichst geringen Temperaturniveaudifferenz von dem Temperaturniveau des abgetrennten Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung auf der anderen Seite. Die Temperaturniveaudifferenz zwischen den voneinander getrennten Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung sind ausreichend groß, um innerhalb des vorgesehenen Zeitraum an den zur Verfügung stehenden Wärmetauscherflächen einen ausreichenden Wärmeübergang zu ermöglichen. Die gesamte wärmeisolierte innere Kammer 10 des wärmeisolierten Fluidraums 8 ist von einem Fluid zur Wärmeübertragung umgeben. Das Fluid zur Wärmeübertragung, das sich zwischen der inneren Kammerwand 10 und der äußeren Begrenzung 9 des wärmeisolierten Fluidraums 8 befindet, wird für einen Wärmeaustausch genutzt, der durch die inneren Kammerwände 10 erfolgt, wenn dies an den Wärmetauscherflächen 11 vorgesehen ist, oder wenn die Wärmeisolierung der Wände 10 sowie weiterer Bestandteile nicht ausreichend ist und/oder wenn die inneren Kammerwände 10 temperiert werden. Die Zwischenräume, die sich zwischen den wärmeisolierten Wänden der inneren Kammerwand 10 und den äußeren wärmeisolierten Wänden 9 des wärmeisolierten Fluidraums 8 befinden, können an den Stellen durch abgetrennte Wärmeisolationen oder Fluide gefüllt werden, an denen ein Wärmeaustausch mit den eingeleiteten und abgeführten Fluidvolumen 16, 17 nicht erforderlich ist. An der oberste Stelle grenzt das Fluid zur Wärmeübertragung, das sich zwischen der inneren Kammerwand 10 und der äußeren Begrenzung des wärmeisolierten Fluidraums 8 befindet, an das zugeleitete Fluid 16 zur Wärmeübertragung und an das Fluid, in das das zugeleitete Fluid 16 zur Wärmeübertragung eingeleitet wurde. Das Fluid, an das das Fluid zur Wärmeübertragung, das sich zwischen der inneren Kammerwand 10 und der äußeren Begrenzung des wärmeisolierten Fluidraums 8 befindet, an der oberste Stelle grenzt, wurde vorher an den Wärmetauscherflächen 11 für einen Wärmeaustausch vorbeigeführt. Innerhalb des Volumens zur Wärmeübertragung, dass zwischen der inneren Kammerwand 10 und der äußeren Begrenzung 9 des wärmeisolierten Fluidraums 8 angeordnet ist, befindet sich das Volumen zur Wärmeübertragung, welches das höchste Temperaturniveau aufweist, an der Öffnung, die an der obersten Position angeordnet ist. Dieses Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, wird aus dem wärmeisolierten Fluidraum 8 abgeleitet, nachdem ein Austausch des Fluides durchgeführt wurde, und/oder es erfolgt an der obersten Öffnung ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid 16 zur Wärmeübertragung, welches zusammen mit dem Volumen des Fluides, in das es eingeführt wurde, an den Wärmetauscherflächen 11 der inneren Kammer 10 vorbeigeführt wurde, und welches anschließend an der Öffnung zu dem Fluid zur Wärmeübertragung vorbeigeströmt, das sich zwischen der inneren Kammerwand 10 und der äußeren Begrenzung des wärmeisolierten Fluidraums 8 befindet. An der Stelle einer Öffnung kann auch eine Wärmetauscherfläche angeordnet werden oder eine Begrenzung die eine Zuleitung und eine Ableitung für das Fluid aufweist. Das Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, dass an den Wärmetauscherflächen 11 der inneren Kammer 10 vorbeigeführt wurde, und welches anschließend an der Öffnung zu dem Fluid zur Wärmeübertragung vorbeigeleitet wurde, das sich zwischen der inneren Kammerwand 10 und der äußeren Begrenzung des wärmeisolierten Fluidraums 8 befindet, wird anschließend aus dem wärmeisolierten Fluidraum 8 abgeführt. Das abgeleitete Fluid 17 zur Wärmeübertragung, das aus dem wärmeisolierten Fluidraum 8 ausgeleitet wird, wird in eine Vorrichtung zur Nutzung des Temperaturniveaus eingeleitet. In dieser Vorrichtung, die sich außerhalb des wärmeisolierten Fluidraums 8 befindet, erfolgt die Nutzung der Temperaturniveaudifferenz zwischen dem niedrigeren Temperaturniveau des Volumens des abgeleiteten Fluides 17 zur Wärmeübertragung und dem höheren Temperaturniveau eines anderen Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung. Das höhere Temperaturniveau des anderen Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung kann aufgrund des Einsatzes einer Wärmequelle entstehen oder das höhere Temperaturniveau entspricht dem Temperaturniveau der Umgebung des wärmeisolierten Fluidraums 8.
Innerhalb der wärmeisolierten inneren Kammer 10 des wärmeisolierten Fluidraums 8 befindet sich das Fluid 14 zur Wärmeübertragung, dass ein Temperaturniveau aufweist, welches an das Temperaturniveau zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel angepasst ist. In der Mitte dieser inneren Kammer 10 des wärmeisolierten Fluidraum 8 ist außerdem eine weitere wärmeisolierte Kammer 12 angeordnet, in der sich die Vorrichtung für die Schaffung der Temperaturniveaudifferenzen befindet. Ein bestimmtes Volumen des Fluides 14 zur Wärmeübertragung, dass ein Temperaturniveau aufweist, welches an das Temperaturniveau zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel angepasst ist, wird an einer Stelle in die weitere Kammer 12 eingeführt. Nach einem Wärmeaustausch innerhalb der weiteren Kammer 12 wird es an einer anderen Stelle aus der Kammer 12 abgeführt. In der Kammer 12 befinden sich die wärmeisolierten Fluidräume und die wärmeisolierten Leitungen mit dem Fluid für den Phasenwechsel. Über die Wärmetauscherflächen 13 der Fluidräume oder Leitungen mit dem Fluid für den Phasenwechsel erfolgt ein Wärmeaustausch. In dem unteren Bereich der Kammer 12 befinden sich die Wärmetauscherflächen 13 der Vorrichtung für die Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen für einen Wärmeaustausch mit dem Temperaturniveau zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel. An diese Wärmetauscherflächen wird das Fluid 14 zur Wärmeübertragung geleitet, dass ein Temperaturniveau aufweist, welches an das Temperaturniveau zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel angepasst ist. Der obere Bereich der Kammer 12 ist von dem unteren Bereich der Kammer 12 durch eine wärmeisolierte Begrenzung abgetrennt. An der Begrenzung zwischen dem oberen Bereich der Kammer 12 und dem unteren Bereich der Kammer 12 befinden sich die Wärmetauscherflächen 13 der weiteren Kammer 12. In dem oberen Bereich der Kammer 12 befinden sich zusätzliche Wärmetauscherflächen 13 der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen für einen Wärmeaustausch mit dem Temperaturniveau zur Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel. An diese Wärmetauscherflächen wird das Fluid 15 zur Wärmeübertragung geleitet, dass ein Temperaturniveau aufweist, welches an das Temperaturniveau zur Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel angepasst ist.
Für einen Wärmeaustausch wird das Fluid 14, 15 zur Wärmeübertragung an die Wärmetauscher 13 der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen vorbeigeführt. Außerdem erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen verschiedenen Kreisläufen, in denen das Fluid 14, 15, 16 zur Wärmeübertragung geführt wird. Der Wärmeaustausch zwischen den verschiedenen Kreisläufen mit dem Fluid 14, 15, 16 zur Wärmeübertragung erfolgt über Wärmetauscherflächen oder über einen Austausch des Fluides 14, 15, 16 zur Wärmeübertragung, wobei innerhalb eines bestimmten Zeitraumes ein bestimmter Anteil des Volumens des Fluides 14, 15, 16, welches in einem Kreislauf eingesetzt wird, ausgewechselt wird. An den oberen Wärmetauscherflächen 13 der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen, die das Temperaturniveau zur Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel aufweisen, erfolgt eine Wärmeabgabe. Über diese Wärmetauscherflächen 13 wird das Fluid für den Phasenwechsel von dem Fluid 15 zur Wärmeübertragung temperiert. Dabei ist das Temperaturniveau des Fluides 15 zur Wärmeübertragung möglichst weitgehend an das Temperaturniveau des Fluides für den Phasenwechsel angepasst. Das Temperaturniveau des Fluides 15 zur Wärmeübertragung unterscheidet sich mit einer möglichst geringen Temperaturniveaudifferenz von dem Temperaturniveau des Fluides für den Phasenwechsel. Die Temperaturniveaudifferenz zwischen dem Fluid zur Wärmeübertragung und dem Fluid für den Phasenwechsel ist ausreichend groß, um innerhalb des vorgesehenen Zeitraum über die zur Verfügung stehende Wärmetauscherflächen einen ausreichenden Wärmeübergang zu ermöglichen. Das Fluid 15 zur Wärmeübertragung wird an den oberen Wärmetauschern 13 der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen vorbeigeführt. An den oberen Wärmetauscherflächen 13 der Vorrichtung für die Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen erfolgt eine Wärmeaufnahme des Fluides 15 zur Wärmeübertragung. Anschließend wird das Volumen des Fluides 15 zur Wärmeübertragung, dass an den oberen Wärmetauschern 13 der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen vorbeigeleitet wurde, an die Wärmetauscherflächen 13 der weiteren Kammer 12 geführt. An den Wärmetauscherflächen 13 der weiteren Kammer 12 erfolgt eine Wärmeabgabe des Fluides 15 zur Wärmeübertragung. Nachdem das Fluid 15 zur Wärmeübertragung an den Wärmetauscherflächen 13 der weiteren Kammer 12 vorbeigeführt wurde, wird es wieder an die oberen Wärmetauscherflächen 13 der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen geleitet. An den Wärmetauscherflächen 13 der Kammer 12, die sich an der Begrenzung zwischen dem oberen Bereich und dem unteren Bereich der Kammer 12 befinden, wird das Fluid 15 zur Wärmeübertragung, welches von den oberen Wärmetauscherflächen 13 der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen abgeleitet wurde, in einem Umfang und/oder mit Vorgängen zum Wärmeaustausch temperiert, die möglichst geringe Temperaturniveaudifferenzen des Volumens des Fluides 15 innerhalb des Kreislaufes zur Wärmeübertragung zur Folge haben. An den unteren Wärmetauscherflächen 13 der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen, die das Temperaturniveau zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel aufweisen, erfolgt eine Wärmeaufnahme. Über diese Wärmetauscherflächen 13 wird das Fluid für den Phasenwechsel von dem Fluid 14 zur Wärmeübertragung temperiert. Dabei ist das Temperaturniveau des Fluides 14 zur Wärmeübertragung möglichst weitgehend an das Temperaturniveau des Fluides für den Phasenwechsel angepasst. Das Temperaturniveau des Fluides 14 zur Wärmeübertragung unterscheidet sich mit einer möglichst geringen Temperaturniveaudifferenz von dem Temperaturniveau des Fluides für den Phasenwechsel. Die Temperaturniveaudifferenz zwischen dem Fluid 14 zur Wärmeübertragung und dem Fluid für den Phasenwechsel ist ausreichend groß, um innerhalb des vorgesehenen Zeitraum über die zur Verfügung stehende Wärmetauscherflächen einen ausreichenden Wärmeübergang zu ermöglichen. Das Fluid 14 zur Wärmeübertragung wird an den unteren Wärmetauschern 13 der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen vorbeigeführt. An den unteren Wärmetauscherflächen 13 der Vorrichtung für die Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen erfolgt eine Wärmeabgabe des Fluides 14 zur Wärmeübertragung. Anschließend wird das Volumen des Fluides 14 zur Wärmeübertragung, dass an den unteren Wärmetauschern 13 der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen vorbeigeleitet wurde, an die Wärmetauscherflächen 13 der weiteren Kammer 12 geführt. An den Wärmetauscherflächen 13 der weiteren Kammer 12 erfolgt eine Wärmeaufnahme des Fluides 14 zur Wärmeübertragung. Nachdem das Fluid 14 zur Wärmeübertragung an den Wärmetauscherflächen 13 der weiteren Kammer 12 vorbeigeführt wurde, wird es wieder an die unteren Wärmetauscherflächen 13 der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen geleitet. An den Wärmetauscherflächen 13 der Kammer 12, die sich an der Begrenzung zwischen dem oberen Bereich und dem unteren Bereich der Kammer 12 befinden, wird das Fluid 14 zur Wärmeübertragung, welches von den unteren Wärmetauscherflächen 13 der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen abgeleitet wurde, in einem Umfang und/oder mit Vorgängen zum Wärmeaustausch temperiert, die möglichst geringe Temperaturniveaudifferenzen des Volumens des Fluides 14 innerhalb des Kreislaufes zur Wärmeübertragung zur Folge haben.
An der Begrenzung zwischen dem unteren Bereich und dem oberen Bereich der weiteren Kammer 12 kann eine Vorrichtung 19 für die Nutzung der Temperaturniveaudifferenzen angeordnet werden. In dieser Vorrichtung 19 wird die Temperaturniveaudifferenz zwischen dem Temperaturniveau des Fluides 14 zur Wärmeübertragung aus dem unteren Bereich und dem Temperaturniveau des Fluides 15 zur Wärmeübertragung aus dem oberen Bereich genutzt.
In der weiteren Kammer 12 befindet die Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen mit den wärmeisolierten Fluidräume für das Fluid für den Phasenwechsel. Über die Wärmetauscherflächen 13 der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid für den Phasenwechsel und dem Fluid zur Wärmeübertragung. In dem oberen Bereich der Kammer 12 erfolgt an den Wärmetauscherflächen 13 ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid für den Phasenwechsel und dem Fluid 15 zur Wärmeübertragung, der mit einer Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel verbunden ist. Das Druckniveau der Fluidräume mit dem Fluid für den Phasenwechsel, in denen die Kondensation des Fluides erfolgt, und das Temperaturniveau der oberen Wärmetauscherflächen 13 sind so hoch, dass ein ausreichend großer Anteil des Fluides für den Phasenwechsel kondensiert und diese Kondensation bis zur Verdampfung in dem unteren Bereich der Kammer 12 stabil bleibt. Die Einstellungen des Druckniveaus der oberen Fluidräume mit dem Fluid für den Phasenwechsel und des Temperaturniveaus der oberen Wärmetauscherflächen 13 und des Temperaturniveaus des Volumens des Fluides 15 zur Wärmeübertragung, welches für einen Wärmeaustausch an die Wärmetauscherflächen 13 geleitet wird, sowie der Geschwindigkeiten mit denen das Fluid für den Phasenwechsel auf der einen Seite der Wärmetauscherflächen 13 und mit denen das Fluid 15 zur Wärmeübertragung auf der anderen Seite der Wärmetauscherflächen 13 an den Wärmetauscherflächen 13 vorbeigeleitet wird, erfolgen mit dem Ziel, dass bei der Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel eine möglichst geringe Wärmemenge abgegeben wird. Außerdem ist die Geschwindigkeit der Verschiebung des Fluides für den Phasenwechsel so niedrig und/oder die Fläche (bzw. Strecke), die für einen Wärmeaustausch zur Verfügung steht, ist so groß (bzw. lang), dass der vorgesehene Wärmeaustausch zwischen dem Fluid 15 zur Wärmeübertragung und dem Fluid für den Phasenwechsel, der über die Wärmetauscherflächen erfolgt, möglichst vollständig durchgeführt wird.
In dem unteren Bereich der Kammer 12 erfolgt an den Wärmetauscherflächen 13 ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid für den Phasenwechsel und dem Fluid 14 zur Wärmeübertragung, der mit einer Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel verbunden ist. Das Druckniveau der Fluidräume mit dem Fluid für den Phasenwechsel, in denen die Verdampfung des Fluides erfolgt, und das Temperaturniveau der unteren Wärmetauscherflächen 13 sind so hoch, dass ein ausreichend großer Anteil des Fluides für den Phasenwechsel verdampft und diese Verdampfung bis zur Kondensation in dem oberen Bereich der Kammer 12 stabil bleibt. Die Einstellungen des Druckniveaus der unteren Fluidräume mit dem Fluid für den Phasenwechsel und des Temperaturniveaus der unteren Wärmetauscherflächen 13 und des Temperaturniveaus des Volumens des Fluides 14 zur Wärmeübertragung, welches für einen Wärmeaustausch an die Wärmetauscherflächen 13 geleitet wird, sowie der Geschwindigkeiten mit denen das Fluid für den Phasenwechsel auf der einen Seite der Wärmetauscherflächen 13 und mit denen das Fluid 14 zur Wärmeübertragung auf der anderen Seite der Wärmetauscherflächen 13 an den Wärmetauscherflächen 13 vorbeigeleitet wird, erfolgen mit dem Ziel, dass bei der Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel eine möglichst große Wärmemenge aufgenommen wird. Außerdem ist die Geschwindigkeit der Verschiebung des Fluides für den Phasenwechsel so niedrig und/oder die Fläche (bzw. Strecke), die für einen Wärmeaustausch zur Verfügung steht, ist so groß (bzw. lang), dass der vorgesehene Wärmeaustausch zwischen dem Fluid 14 zur Wärmeübertragung und dem Fluid für den Phasenwechsel, der über die Wärmetauscherflächen erfolgt, möglichst vollständig durchgeführt wird. Für die zu erzeugenden Wärmemengen sind die Bedingungen für die Kondensation und Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel angepasst.
Die Wärmetauscherflächen 11, 13 der 2 sind eine vereinfachte Darstellung für die Leitungen, die für einen Wärmeaustausch eingesetzt werden. Die Fluide, die temperiert werden, werden durch Leitungen für einen Wärmeaustausch geführt, diese Leitungen werden von allen Seiten von den Fluiden umströmt, die zur Temperierung eingesetzt werden. Über die Wände bzw. Wärmetauscherflächen der Leitungen erfolgt der Wärmeaustausch zwischen den Fluiden. Die Fluide, die temperiert werden, und die durch die Leitungen für einen Wärmeaustausch geführt werden, und die Fluide, die zur Temperierung genutzt werden, und die die Leitungen/Rohre/Hohlkörper für einen Wärmeaustausch umströmen, werden mit einer Geschwindigkeit bewegt, die an den vorgesehenen Wärmeaustausch und der zur Verfügung stehenden Wärmetauscherfläche angepasst ist. An den Leitungen für einen Wärmeaustausch sind wärmeisolierte Leitungen angeschlossen. An einem Ende des Abschnittes der Leitung für einen Wärmeaustausch ist ein Abschnitt der wärmeisolierten Leitung angeschlossen, an dem anderen Ende dieses Abschnittes ist wieder ein Abschnitt für einen Wärmeaustausch angebracht. An dem anderen Ende des zweiten Abschnittes für einen Wärmeaustausch ist eine wärmeisolierten Leitung angeordnet. Das andere Ende dieses Abschnitt mit einer wärmeisolierten Leitung führt wieder zu dem ersten Abschnitt der Leitung für einen Wärmeaustausch. Zusammen bilden diese Leitungen innerhalb der inneren Kammer 10 des wärmeisolierten Fluidraums 8 und innerhalb der weiteren Kammer 12 der inneren Kammer 10 die Leitungen für die Kreisläufe in denen die Fluide 14, 15 zur Wärmeübertragung bewegt werden. An der Grenze zwischen der inneren Kammer 10 und der weiteren Kammer 12 können Vorrichtungen für eine Zuleitung oder Abführung in die andere Kammer 10, 12 oder Wärmetauscherflächen angeordnet sein, wenn die Kreisläufe für das Fluid 14 zur Wärmeübertragung der inneren Kammer 10 und der weiteren Kammer 12 voneinander getrennt geführt werden. Um eine übersichtliche Darstellung zu ermöglichen, werden die einzelnen Kreisläufe und die Strömungsrichtungen der verschiedenen Fluide der 2 nicht dargestellt. Außerdem können sich in einer inneren Kammer 10 mehrere weitere Kammern 12 befinden, und/oder in einer weiteren Kammer 12 können mehrere Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen angeordnet werden.
Innerhalb der Kreisläufe mit dem Fluid zur Wärmeübertragung, die sich in dem wärmeisolierten Fluidraums 8 befinden, weisen die Fluide zur Wärmeübertragung unterschiedliche durchschnittliche Temperaturniveaus und Temperaturniveaudifferenzen auf. Damit die durchschnittliche Temperaturniveaus der Fluide zur Wärmeübertragung und der Fluide für den Phasenwechsel vor einem Betrieb der Vorrichtung an die Temperaturniveaus angepasst werden, die für den Betrieb vorgesehen sind, werden an einem Abschnitt der Leitungen der Kreisläufe der Fluide, die innerhalb des wärmeisolierten Fluidraum 8 eingesetzt werden, weitere Leitungen angeordnet, die ein Fluid zur Temperierung enthalten. Die Leitungen der Kreisläufe der Fluide werden innerhalb eines bestimmten Abschnittes durch die weiteren Leitungen zur Temperierung geführt. In dem Abschnitt, in dem eine Leitung des Kreislaufes eines Fluides durch eine weitere Leitung zur Temperierung geleitet wird, erfolgt über die Wände bzw. Wärmetauscherflächen der Leitung des Kreislaufes des Fluides ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid in der Leitung des Kreislaufes und dem Fluid in der weiteren Leitung zur Temperierung. Das Fluid, welches durch die weitere Leitung zur Temperierung strömt, wird von außerhalb in die Vorrichtung eingeführt. Das Temperaturniveau dieses Fluides wird außerhalb der Vorrichtung an den erforderlichen Wärmeaustausch angepasst. Ferner werden die Fluide in den Leitungen der Kreisläufe und die Fluide in den weiteren Leitungen zur Temperierung innerhalb eines bestimmten Zeitraums mit einer Geschwindigkeit durch die Leitungen geführt, die an den vorgesehenen Wärmeaustausch angepasst ist. Innerhalb der Fluidräume oder der Leitungen mit den Fluiden sind in verschließbaren Kammern Drucksensoren und/oder Temperatursensoren angeordnet. Für die Durchführung von Messungen werden die Kammern geöffnet. Das Temperaturniveau und/oder das Druckniveau wird gemessen. Diese und andere Werte werden durch Vergleichswerte ergänzt, die durch vorherige und aktualisierte Eingaben in der Steuerung vorhanden sind und/oder die durch fortlaufende automatische Erfassungen angepasst werden. Durch die erhaltenen Messwerte und die Eingaben zu den Prozessbedingungen und Prozesszielen, wie zum Beispiel die Druckverhältnisse, die vorgesehenen Geschwindigkeiten der beweglichen Teile, die Eigenschaften der eingesetzten Fluides etc., werden die Abstände und die Geschwindigkeiten für die jeweiligen Abschnitte der Bewegungen der beweglichen Bestandteile ausgewertet und/oder errechnet. Die Ergebnisse führen zu einer Steuerung der Ventile und/oder Schieber sowie der anderen beweglichen Bestandteile der Vorrichtung, die an die Eingaben zu den Zielvorgaben der jeweiligen Prozessführung angepasst ist.
Aufgrund dieser Vorgänge wird das Temperaturniveau der Fluide, die innerhalb des Fluidraums 8 eingesetzt werden, vor dem Betrieb der Vorrichtung angepasst. Die Fluide für den Phasenwechsel werden durch die Fluide zur Wärmeübertragung temperiert. Die weiteren Leitungen zur Temperierung weisen an mehreren Stellen wärmeisolierte Ventile und/oder wärmeisolierte Schieber auf. Durch das Schließen der Ventile und/oder Schieber können die weiteren Leitungen zur Temperierung in mehrere voneinander getrennte Abschnitte unterteilt werden. Wenn ein Einsatz der weiteren Leitungen zur Temperierung nicht mehr erforderlich ist, weil die Fluide ein entsprechendes Temperaturniveau aufweisen, werden die Abschnitte der weiteren Leitungen zur Temperierung wärmeisoliert voneinander abgetrennt, damit keine Wärmeleitung erfolgt, die nicht dem Prozessziel dient. Die Fluide, die innerhalb des wärmeisolierten Fluidraums 8 eingesetzt werden, können während oder vor einem Betrieb der Vorrichtung erneut temperiert werden, falls dies erforderlich ist. Dafür werden die wärmeisolierten Abtrennungen der weiteren Leitungen zur Temperierung geöffnet. Das Fluid zur Temperierung wird wieder durch diese Leitungen geführt und es erfolgt eine Temperierung der Fluide bis das vorgesehene Temperaturniveau erreicht ist. Eine erneute Temperierung eines einzelnen Fluides eines Kreislaufes oder mehrerer eingesetzten Fluide ist notwendig, wenn die erforderlichen Temperaturniveaugrenzen innerhalb der die Fluide eingesetzt werden, nicht eingehalten oder erreicht werden, zum Beispiel nach einer Unterbrechung des Betriebes. An der Stelle oder zusätzlich zu dem Einsatz der wärmeisolierten Abtrennungen der weiteren Leitungen zur Temperierung besteht auch die Möglichkeit, dass die Abschnitte der Leitungen der Kreisläufe abgetrennt werden, die für einen Wärmeaustausch mit den Fluiden der weiteren Leitungen zur Temperierung genutzt werden. Wenn vorgesehen ist, dass über die Wände bzw. Wärmetauscherflächen des Abschnittes einer Leitung eines Kreislaufes, der für einen Wärmeaustausch mit dem Fluid einer weiteren Leitung zur Temperierung genutzt wird, kein Wärmeaustausch mehr erfolgt, wird dieser Abschnitt wärmeisoliert abgetrennt, und dass Fluid des Kreislaufes strömt durch einen anderen Abschnitt, der für eine Umleitung des Fluides des Kreislaufes geöffnet wird.
Das Fluid, welches durch die weitere Leitung zur Temperierung strömt, wird von außerhalb in die Vorrichtung eingeführt. Das Temperaturniveau dieses Fluides wird außerhalb der Vorrichtung an den erforderlichen Wärmeaustausch angepasst. Für eine Anpassung des Temperaturniveau wird das Fluid außerhalb des wärmeisolierten Fluidraums 8 innerhalb von Leitungen für einen Wärmeaustausch durch einen Behälter 20 geleitet, der ein überwiegend flüssiges Fluid zur Temperierung enthält, zum Beispiel Stickstoff, der einen überwiegend flüssigen oder einen flüssigen und festen Zustand aufweist, oder flüssiges Helium. Das flüssige Fluid, zum Beispiel Stickstoff oder Helium, kann auch direkt in den wärmeisolierten Fluidraum 8 eingeleitet werden. An der Stelle eines Behälters 20 mit einem Fluid zur Temperierung kann auch eine andere Vorrichtung 20 zur Temperierung eingesetzt werden. Die weiteren Leitungen zur Temperierung sind mit wärmeisolierten Leitungen verbunden. Die wärmeisolierten Leitungen 21 leiten das Fluid in die weiteren Leitungen zur Temperierung, wenn das Fluid zur Temperierung in den wärmeisolierten Fluidraum 8 eingeführt wird. Für eine Ableitung des Fluides aus dem wärmeisolierten Fluidraum 8 wird das Fluid aus den weiteren Leitungen zur Temperierung in die wärmeisolierten Leitungen 22 eingeführt, die das Fluid zur Temperierung aus dem wärmeisolierten Fluidraum abführen. Das abgeführte Fluid zur Temperierung wird in ein abgetrenntes Volumen des Behälters 20 eingeleitet oder aus der Anlage abgeführt.
Der Ablauf für die Nutzung der 2 wird im Folgenden erläutert. Vor dem Betrieb erfolgt eine Temperierung der Fluide, die innerhalb des wärmeisolierten Fluidraums 8 eingesetzt werden, damit die Fluide das erforderliche Temperaturniveau aufweisen. Innerhalb der weiteren Kammer 12 befindet sich die Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen. In dieser Vorrichtung wird das Fluid für den Phasenwechsel mit einem passenden Druckniveau und mit der passenden Geschwindigkeit an den oberen Wärmetauscherflächen 13 der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen vorbeigeleitet. Die oberen Wärmetauscherflächen 13 der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen weisen das erforderliche Temperaturniveau zur Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel auf. Über die oberen Wärmetauscherflächen 13 erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid für den Phasenwechsel und dem Fluid 15 zur Wärmeübertragung. Das Fluid 15 zur Wärmeübertragung nimmt dabei Wärme auf. An der inneren Seite der oberen Wärmetauscherflächen 13 wird das Fluid 15 zur Wärmeübertragung mit einem passenden Temperaturniveau und mit einer passenden Geschwindigkeit an den Wärmetauscherflächen 13 vorbeigeführt. Über die mittleren Wärmetauscherflächen 13 der weiteren Kammer 12, die sich an den Begrenzungen zwischen dem oberen Bereich und dem unteren Bereich der weiteren Kammer 12 befinden, erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen den Fluid 15 zur Wärmeübertragung, das ein Temperaturniveau aufweist, welches an das Temperaturniveau zur Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel angepasst ist, und dem Fluid 14 zur Wärmeübertragung, das in dem unteren Bereich der weiteren Kammer 12 eingesetzt wird. Zwischen zwei Kreisläufen mit den Fluiden 14, 15 zur Wärmeübertragung kann ein dritter Kreislauf angeordnet werden. Dieser Kreislauf überträgt die Wärme von dem Kreislauf mit dem Fluid 15 zur Wärmeübertragung, welches die Wärme aufgenommen hat, an den Kreislauf mit dem Fluid 14 zur Wärmeübertragung, welches die Wärme an das Fluid für den Phasenwechsel abgegeben hat. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass an der Begrenzung zwischen dem oberen Bereich und dem unteren Bereich der weiteren Kammer 12 eine Vorrichtung zur Nutzung der Temperaturniveaudifferenzen angeordnet wird. In dieser Vorrichtung wird die Temperaturniveaudifferenz genutzt, die von der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen erzeugt wurde. Die Kolben der Vorrichtungen zur Schaffung und zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen sind an Kolbenstangen angebunden, die durch die Wände der Kammern 10, 12 und des wärmeisolierten Fluidraum 8 geführt werden, oder die Kolben oder die Verlängerungen der Kolben werden durch einen magnetischen Verbund bewegt. Für eine Bewegung aufgrund eines magnetischen Verbundes verlaufen wärmeisolierte Rohre durch den wärmeisolierten Fluidraum 8. Diese wärmeisolierten Rohre sind an den Enden zusätzlich wärmeisoliert von dem Fluid in der Umgebung des wärmeisolierten Fluidraums 8 abgetrennt. Durch die Wärmeisolierung der Rohre verläuft die Stange, die die Vorrichtung für einen magnetischen Verbund, zum Beispiel einen Stab mit Elektromagneten, verschiebt. Diese Anordnung verhindert zusätzlich die Entstehung von weiteren Wärmemengen innerhalb des wärmisolierten Fluidraums 8.
In dem unteren Bereich der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen wird das Fluid für den Phasenwechsel mit einem passenden Druckniveau und mit der passenden Geschwindigkeit an den unteren Wärmetauscherflächen 13 der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen vorbeigeführt. Die unteren Wärmetauscherflächen 13 der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen weisen das erforderliche Temperaturniveau zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel auf. Über die Wärmetauscherflächen 13 erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid für den Phasenwechsel und dem Fluid 14 zur Wärmeübertragung. Das Fluid 14 zur Wärmeübertragung gibt Wärme ab. An der inneren Seite der unteren Wärmetauscherflächen 13 wird das Fluid 14 zur Wärmeübertragung mit einem passenden Temperaturniveau und mit einer passenden Geschwindigkeit an den Wärmetauscherflächen 13 vorbeigeleitet. Über die mittleren Wärmetauscherflächen 13 der weiteren Kammer 12, die sich an den Begrenzungen zwischen dem unteren Bereich und dem oberen Bereich der weiteren Kammer 12 befinden, erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen den Fluid 14 zur Wärmeübertragung, das ein Temperaturniveau aufweist, welches an das Temperaturniveau zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel angepasst ist, und dem Fluid 15 zur Wärmeübertragung, das in dem oberen Bereich der weiteren Kammer 12 eingesetzt wird. Zwischen zwei Kreisläufen mit den Fluiden 14, 15 zur Wärmeübertragung kann ein dritter Kreislauf angeordnet werden. Die verschiedenen Möglichkeiten der Wärmeübertragung sind mit der 1 sowie den folgenden Fig. beschrieben. Dem Fluid 14 zur Wärmeübertragung wird im unteren Bereich der weiteren Kammer 12 eine bestimmte Wärmemenge entzogen, und das getrennt geführte Fluid 15 zur Wärmeübertragung, das sich im oberen Bereich der Kammer 12 befindet, nimmt eine bestimmte Wärmemenge auf. Wenn die entzogene Wärmemenge größer ist als die abgegebene Wärmemenge, kann die fehlende Wärmemenge in die Kammer 12 eingeführt werden. Um eine weitere Wärmemenge in die Kammer 12 einzuführen, wird ein bestimmtes Volumen des Fluides 14 zur Wärmeübertragung zwischen der inneren Kammer 10 und der weiteren Kammer 12 ausgetauscht oder die Fluide 14 zur Wärmeübertragung werden an einer Wärmetauscherfläche vorbeigeführt, wenn zwischen der inneren Kammer 10 und der weiteren Kammer 12 eine Wärmetauscherfläche angeordnet ist. Für einen Austausch von Fluidvolumen befinden an der Begrenzung zwischen dem unteren Bereich der weiteren Kammer 12 und der inneren Kammer 10 Öffnungen mit wärmeisolierten Ventilen und/oder wärmeisolierten Schiebern für die Zuleitung und Abführung des Fluides 14 zur Wärmeübertragung. An der Stelle einer Öffnungen für die Zuleitung und Abführung des Fluides 14 zur Wärmeübertragung kann auch eine Wärmetauscherfläche angeordnet werden. Außerdem können an der Stelle von Wärmetauscherflächen, die sich innerhalb des wärmeisolierten Fluidraums 8 zwischen den Fluiden zur Wärmeübertragung befinden, Öffnungen mit wärmeisolierten Ventilen und/oder wärmeisolierten Schiebern für die Zuleitung und Abführung des Fluides 14, 15, 16 zur Wärmeübertragung angeordnet werden. Für die Einführung einer zusätzlichen Wärmemenge in die weitere Kammer 12 wird ein bestimmten Volumen des Fluides 14 zur Wärmeübertragung aus der weiteren Kammer 12 in die innere Kammer 10 eingeführt, während zeitgleich ein bestimmtes Volumen des Fluides 14 zur Wärmeübertragung aus der inneren Kammer 10 in die weitere Kammer 12 abgeleitet wird. Das Volumen des Fluides 14 zur Wärmeübertragung, das in der inneren Kammer 10 eingeführt wird, temperiert das weitere Volumen des Fluides 14 zur Wärmeübertragung, welches sich in der inneren Kammer 10 befindet. Der Umfang der Temperierung der Gesamtvolumen des Fluides hängt von der Größe der ausgetauschten Volumen und von der Anzahl der Austauschvorgänge ab, die innerhalb eines gleichen Zeitraumes durchgeführt werden. Je kleiner das ausgetauschte Volumen im Verhältnis zu den Gesamtvolumen des Fluides ist, desto geringer ist die Änderung des Temperaturniveaus der Gesamtvolumen des Fluides innerhalb einer Zeitspanne nach einem Austauschvorgang. Das Volumen des Fluides 14 zur Wärmeübertragung, das innerhalb der inneren Kammer 10 das höchste Temperaturniveau aufweist, temperiert über die innere Seite der Wärmetauscherflächen 11 ein anderes Volumen zur Wärmeübertragung. Das andere Volumen zur Wärmeübertragung wird an der äußeren Seite der Wärmetauscherflächen 11 vorbeigeführt. Dieses Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung besteht aus dem eingeleitet Fluid 16 zur Wärmeübertragung und dem Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, welches durch das Fluid zur Wärmeübertragung der inneren Kammer 12 temperiert wurde, und in das das Fluid 16 zur Wärmeübertragung eingeführt wird. Das Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, in das das Fluid 16 zur Wärmeübertragung eingeleitet wird, weist ein niedrigeres Temperaturniveau auf, als das eingeleitete Fluid 16 zur Wärmeübertragung. Das Fluid zur Wärmeübertragung, dass auf der äußeren Seite der Wärmetauscherflächen 11 vorbeiströmt, weist ein Temperaturniveau auf, dass an das Temperaturniveau des Fluides 14 zur Wärmeübertragung, dass in der Kammer 10 auf der inneren Seite der Wärmetauscherflächen vorbeigeführt wird, angepasst ist. Das Fluid zur Wärmeübertragung wird auf der äußeren Seite der Wärmetauscherflächen 11 vorbeigeleitet, danach wird es an der Öffnung zu dem Fluid zur Wärmeübertragung vorbeigeführt, das sich zwischen den wärmeisolierten Begrenzungen der inneren Kammer 10 und den äußeren wärmeisolierten Wänden 9 des Fluidraums 8 befindet, wenn dort eine Öffnung aufgrund von weiteren Fluidräumen angeordnet wird. Anschließend wird es aus der 2 abgeleitet. Das Fluid 17 zur Wärmeübertragung, welches aus der 2 abgeführt wurde, wird in eine Vorrichtung zur Nutzung der Temperaturniveaudifferenz eingeleitet, die sich außerhalb des wärmeisolierten Fluidraums 8 befindet. Nach der Nutzung des Temperaturniveaus wird das Fluid zur Wärmeübertragung wieder in die Vorrichtung eingeführt. Die Geschwindigkeit und das Volumen mit dem das Fluid 16 zur Wärmeübertragung in den wärmeisolierten Fluidraum eingeleitet wird, wird durch die Vorrichtung 18 zur Regulierung der Einführung des Fluides 16 zur Wärmeübertragung gesteuert. Der Vorgang beginnt erneut.
An verschiedenen Positionen der 2 sind Begrenzungen mit Wärmetauscherflächen und/oder Begrenzungen mit wärmeisolierten Ventilen oder wärmeisolierten Schiebern vorgesehen. Über die Wärmetauscherflächen erfolgt ein Wärmeaustausch und durch die Öffnungen mit wärmeisolierten Ventilen oder wärmeisolierten Schiebern an Zuleitungen und Abführungen für das Fluid wird ein bestimmtes Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung ausgetauscht, wobei sich die ausgetauschten Volumen durch ein anderes durchschnittliches Temperaturniveau voneinander unterscheiden. Zum Beispiel können zwischen dem Fluid 15 zur Wärmeübertragung, das ein höheres Temperaturniveau aufweist, und dem Fluid 14 zur Wärmeübertragung, das ein niedrigeres Temperaturniveau besitzt, die mittleren Wärmetauscherflächen angeordnet werden. Die mittleren Wärmetauscherflächen trennen den oberen Bereich der Kammer 12 von dem unteren Bereich. Über die mittleren Wärmetauscherflächen erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid 15 zur Wärmeübertragung mit einem höheren Temperaturniveau und dem Fluid 14 zur Wärmeübertragung mit einem niedrigeren Temperaturniveau. Außerdem besteht die Möglichkeit das zwischen zwei Kreisläufen mit dem Fluid 14, 15 zur Wärmeübertragung ein weiterer Kreislauf mit einem Fluid zur Wärmeübertragung angeordnet wird. Das Fluid dieses Kreislaufes nimmt die Wärme des Fluides zur Wärmeübertragung eines Kreislaufes auf und gibt die Wärme an das Fluid zur Wärmeübertragung eines anderen Kreislaufes wieder ab.
Bei einem Wärmeaustausch zwischen zwei Fluiden wird Folgendes berücksichtigt. Wenn das Fluid 15 zur Wärmeübertragung, das ein höheres Temperaturniveau aufweist, mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit und/oder für eine ausreichend kurze Strecke an den mittleren Wärmetauschern vorbeigeführt wird, wird das Temperaturniveau des Fluides 15 zur Wärmeübertragung nur geringfügig, zum Beispiel um einige Prozentpunkte, verringert. Wenn das Fluid 14 zur Wärmeübertragung, das ein niedrigeres Temperaturniveau aufweist, mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit und/oder für eine ausreichend kurze Strecke auf der anderen Seite an den mittleren Wärmetauschern vorbeigeführt wird, wird das Temperaturniveau des Fluides 14 zur Wärmeübertragung nur geringfügig, zum Beispiel um einige Prozentpunkte, erhöht. Weil bei diesem Wärmeaustausch das Temperaturniveau der Fluide nur geringfügig, zum Beispiel um einige Prozentpunkte, verändert wird, besteht die Möglichkeit, das die Temperaturniveaudifferenzen innerhalb eines Kreislaufes mit dem selben abgetrennten Fluid 14, 15 zur Wärmeübertragung entsprechend niedrig sind. Das Fluid 15 zur Wärmeübertragung kann zum Beispiel ein höheres Temperaturniveau aufweisen, welches möglichst weitgehend an das Temperaturniveau zur Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel angepasst ist. Die Temperaturniveaudifferenz zwischen dem Fluid 15 zur Wärmeübertragung und dem Fluid für den Phasenwechsel ist so gering wie möglich, jedoch so hoch, dass ein ausreichender Wärmeübergang zwischen den beiden Fluiden über die Wärmetauscherfläche innerhalb eines bestimmten Zeitraumes möglich ist. Das Fluid 14 zur Wärmeübertragung kann ein niedrigeres Temperaturniveau aufweisen, welches möglichst weitgehend an das Temperaturniveau zur Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel angepasst ist. Die Temperaturniveaudifferenz zwischen dem Fluid 14 zur Wärmeübertragung und dem Fluid für den Phasenwechsel ist so gering wie möglich, jedoch so hoch, dass ein ausreichender Wärmeübergang zwischen den beiden Fluiden über die vorgesehene Wärmetauscherfläche innerhalb eines bestimmten Zeitraumes möglich ist. Zwischen zwei getrennten Kreisläufen mit dem Fluid 14, 15 zur Wärmeübertragung kann mindestens ein weiterer Kreislauf angeordnet werden, falls dies erforderlich ist. Ferner besteht die Möglichkeit, dass zusätzlich oder an der Stelle von Wärmetauscherflächen wärmeisolierte Ventile und/oder wärmeisolierte Schieber eingesetzt werden, insbesondere, wenn sich die Fluide auf den beiden Seiten der Begrenzungen nur durch ein anderes Temperaturniveau voneinander unterscheiden. Die Größe der Volumen und die Häufigkeit der Austauschvorgänge der Fluide auf den beiden Seiten der Begrenzungen sind an die Erfordernisse des Wärmeaustausches angepasst.
Das Fluid zur Wärmeübertragung weist ein Temperaturniveau auf, welches möglichst weitgehend an das Temperaturniveau zur Kondensation oder Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel angepasst ist. Dies bedeutet, dass die Unterschiede zwischen dem Temperaturniveau des Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung und dem Temperaturniveau des Volumen des Fluides für den Phasenwechsel, die an den beiden Seiten der gleichen Wärmetauscherflächen vorbeigeführt werden, möglichst gering sind. Das Temperaturniveau des Fluides zur Wärmeübertragung und das Temperaturniveau des Volumen des Fluides für den Phasenwechsel, die zu einem bestimmten Zeitpunkt für einen Wärmeaustausch über die gleichen Wärmetauscherflächen zur Verfügung stehen, unterscheiden sich durch eine Differenz voneinander, die nur so hoch ist, dass ein ausreichender Wärmeübergang zwischen den beiden Fluiden über die vorgesehene Wärmetauscherfläche innerhalb eines bestimmten Zeitraumes möglich ist. Diese oder vergleichbare Beschreibungen des angepassten Temperaturniveaus des Fluides, das ein andres Fluid temperiert oder umgekehrt, die mit den 1, 2, 3 erläutert werden, stellen eine vereinfachte Erläuterung dar. Damit die Beschreibung der 1, 2, 3 sowie der folgden Fig. nachvollziehbar und übersichtlich ist, wird eine Unterteilung in unterschiedliche Geschwindigkeiten und Wärmetauscherflächen für die einzelnen Vorgänge, die mit einem Wärmeaustausch verbunden sind, nicht zusätzlich dargestellt. Es ist nicht erforderlich, dass das Temperaturniveau eines Fluides für einen Wärmeaustausch möglichst weitgehend angepasst wird, wenn die Fluide auf den beiden Seiten der Wärmetauscherflächen mit einer passenden Geschwindigkeit vorbeigeführt werden, und wenn die Größe der Wärmetauscherflächen an den vorgesehenen Wärmeaustausch angepasst ist. Bei einer entsprechenden Steuerung des Wärmeaustausches ist eine möglichst weitgehende Anpassung des Temperaturniveaus des Fluides zur Wärmeübertragung an das Temperaturniveau des zu temperierenden Fluides nicht notwendig. Je weiter das Temperaturniveau des Fluides zur Wärmeübertragung an das Temperaturniveau des zu tempierenden Fluides angepasst ist, desto niedriger sind die Temperaturniveaudifferenzen zwischen den Fluiden, und desto länger ist der Zeitraum und/oder desto größer ist die benötigte Wärmetauscherfläche für einen Wärmeaustausch der gleichen Wärmemenge. Vorteilhaft ist, je weiter das Temperaturniveau des Fluides zur Wärmeübertragung an das Temperaturniveau des zu tempierenden Fluides angepasst ist, desto niedriger sind die Temperaturniveaudifferenzen zwischen den Fluiden, und desto niedriger ist das Temperaturniveau mit dem das Fluid 17 zur Wärmeübertragung aus der 2 abgeleitet werden kann. Aufgrund des Einsatzes von Fluiden zur Wärmeübertragung, die ein angepassten Temperaturniveau aufweisen, treten keine großen Temperaturniveaudifferenzen auf, das Temperaturniveau des abgeleiteten Fluides 17, welches aus der 2 abgeführt wird, ist entsprechend mit dem Temperaturniveau zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel zu vergleichen. Je größer die Temperaturniveaudifferenzen zwischen dem Temperaturniveau des Fluides zur Wärmeübertragung und dem Temperaturniveau des zu tempierenden Fluides sind, desto kürzer ist der Zeitraum und/oder desto kleiner ist die benötigte Wärmetauscherfläche für einen Wärmeaustausch der gleichen Wärmemenge, und desto wichtiger ist eine entsprechende Steuerung des Wärmeaustausches. Dies ist bei dem Aufbau der Vorrichtungen und der jeweiligen Prozessführung zu berücksichtigen. Diese Erläuterung zum Wärmeaustausch bezieht sich auf alle vorstehenden und folgenden Fig.
Wenn sich auf beiden Seiten der Wärmetauscherflächen das gleiche Fluid befindet, kann an der Stelle des Wärmeaustausches über die Wärmetauscherflächen ein Fluidaustausch erfolgen, insbesondere, wenn keine Druckniveaudifferenz vorliegt. Für einen Austausch des Fluides weisen die Wände bzw. Begrenzungen Öffnungen mit wärmeisolierten Ventilen und/oder wärmeisolierten Schiebern auf, an denen die Zuleitungen und die Abführungen des Fluides 14, 15 zur Wärmeübertragung angeordnet sind. Ein bestimmtes Volumen des Fluides 14 zur Wärmeübertragung, welches ein niedrigeres Temperaturniveau aufweist, wird in das Volumen des Fluides 15 zur Wärmeübertragung eingeleitet. Zeitgleich wird ein bestimmtes Volumen des Fluides 15, welches ein höheres Temperaturniveau aufweist, in das Volumen des Fluides 14 zur Wärmeübertragung eingeführt. Die gesamte Wärmespeicherfähigkeit der eingeleiteten Volumen des Fluides 14, 15 zur Wärmeübertragung ist, verglichen mit der gesamten Wärmespeicherfähigkeit des jeweiligen Volumens des Fluides 14, 15 zur Wärmeübertragung, in das diese Volumen eingeleitet werden, so gering, dass die Einleitung der Volumen des Fluides 14, 15 zur Wärmeübertragung das Temperaturniveau der Volumen des Fluides 14, 15 zur Wärmeübertragung, in das diese Volumen eingeleitet werden, nur geringfügig, zum Beispiel um einige Prozentpunkte, verändert. Es werden nur kleine Volumen des Fluides 14, 15 zur Wärmeübertragung ausgewechselt, die das Temperaturniveau nur geringfügig verändern. Wenn ein höherer Wärmeaustausch erforderlich ist, wird die Anzahl der Austauschvorgänge, die innerhalb des gleichen Zeitraums erfolgen, erhöht. Der Wärmeaustausch durch die Zuleitung und Abführung des gleiches Fluides erfolgt auch in anderen Bereichen der 2 sowie in anderen Fig. Zum Beispiel wird ein kleineres Volumen des Fluides 16 zur Wärmeübertragung von außerhalb in ein größeres Volumen des Fluid zur Wärmeübertragung eingeführt, das sich an der Wärmetauscherfläche 11 innerhalb des wärmeisolierten Fluidraums 8 befindet, damit das Temperaturniveau des eingeleiteten Volumens des Fluides 16 an das Temperaturniveau des größeren Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung angepasst wird.
Ein Wärmeaustausch wird unter anderem auch mit der 4 beschrieben, bei dem das Temperaturniveau des Fluides zur Wärmeübertragung während des Wärmeaustausches möglichst weitgehend an das Temperaturniveau des zu temperierenden Fluides angepasst wird. Eine möglichst weitgehende Angleichung des Temperaturniveaus des Fluides zur Wärmeübertragung innerhalb des Zeitraumes des Wärmeaustausches erfolgt unter anderem um die Reibungswärme zu nutzen oder um das Arbeitsfluid eines Kolbenraums zu temperieren. Die Angleichung des Temperaturniveaus des Fluides zur Wärmeübertragung minimiert Verluste aufgrund der Wärmeübertragung. Während der Temperierung wird das Temperaturniveau eines kleineren Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung an das Temperaturniveau eines größeren Volumens des zu temperierenden Fluides angepasst. Die gesamte Wärmespeicherfähigkeit des Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung, welches zu einem bestimmten Zeitpunkt für eine Temperierung des Gesamtvolumens des zu temperierenden Fluides über die Wärmetauscherflächen zur Verfügung steht, ist, verglichen mit der Wärmespeicherfähigkeit des Gesamtvolumens des zu temperierenden Fluides so klein, dass die Änderungen des Temperaturniveaus des zu temperierenden Fluides innerhalb eines bestimmten Zeitraumes möglichst niedrig sind. Weil die Wärmespeicherfähigkeit des Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung, welches innerhalb eines bestimmten Zeitpunktes für einen Wärmeaustausch eingesetzt wird, möglichst klein ist, verglichen mit der gesamten Wärmespeicherfähigkeit des Volumens des zu temperierenden Fluides, wird das Temperaturniveau dieses Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung bei einem Wärmeaustausch weitgehend an das Temperaturniveau des zu temperierenden Fluides angepasst, wobei eine ausreichend lange Zeitspanne und eine ausreichend große Wärmetauscherfläche für einen möglichst vollständigen Wärmeaustausch berücksichtigt wird. Wenn auf beiden Seiten der Wärmetauscherflächen das gleiche Fluid eingesetzt wird, und keine Druckniveaudifferenzen zu berücksichtigen sind, kann an der Stelle eines Wärmeaustausches über die Wärmetauscherflächen ein Austausch des Fluides erfolgt. Der Wechsel der Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, welcher für einen bestimmten Zeitraum für einen Wärmeaustausch über die Wärmetauscherflächen eingesetzt wird, erfolgt so häufig, und die Größe der ausgewechselten Volumen ist so klein, dass die Änderungen des Temperaturniveaus des Volumens des zu temperierenden Fluides möglichst niedrig sind. An der Stelle eines Wechsels des Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung kann eine permanente Zuleitung und Abführung entsprechend großer Fluidvolumen erfolgen. Das Fluid für den Wärmeaustausch wird mit einer angepassten Geschwindigkeit und mit einem angepassten Druckniveau ausgewechselt. Das ausgewechselte Fluidvolumen des Fluides zur Wärmeübertragung weist ein Temperaturniveau auf, das mit dem Temperaturniveau des zu temperierenden Fluides bzw. des Fluides in dem abgetrennten Fluidraum vergleichbar ist. Bei der 4 und den folgenden Fig. wird berücksichtigt, dass der Verlust von Wärme bei einem Wärmeaustausch geringer ist, wenn die Temperaturniveaudifferenz zwischen dem zu temperierenden Fluid und dem Fluid zur Wärmeübertragung, welches nach dem Abschluss der Wärmeübertragung abgleitet wird, kleiner ist, wobei der Wärmeaustausch über Wärmetauscherflächen und/oder über einen Austausch erfolgen kann. Daher, je niedriger die Temperaturniveaudifferenz ist, zwischen dem Temperaturniveau des Fluides zur Wärmeübertragung zu dem Zeitpunkt, wenn dieses nach dem Abschluss des Wärmeaustausches zwischen dem Fluid zur Wärmeübertragung und dem temperierten Fluid abgeleitet wird, und dem Temperaturniveau des Fluides, welches temperiert wurde bzw. wird, desto geringer ist der Verlust an Wärme, wobei unter Wärme ein erhöhtes Temperaturniveau verstanden wird. Wärme wird in diesem Beispiel als ein höheres Temperaturniveau eines Fluides verstanden, verglichen mit einem niedrigeren Temperaturniveau eines Fluides, zum Beispiel der Umgebungstemperatur einer Fig. Neben der oben angeführten Möglichkeit, besteht die Möglichkeit, dass das Fluid zur Wärmeübertragung mit einem angepassten Temperaturniveau für einen Wärmeaustauch zwischen dem Fluid zur Wärmeübertragung und dem zu tempierenden Fluid eingesetzt wird. Das Fluid zur Wärmeübertragung wird zum Beispiel in der 4 und den folgenden Fig. unter anderem mit einem angepassten Temperaturniveau eingesetzt, indem es aus einem wärmeisolierten Behälter mit einem entsprechenden Temperaturniveau abgeleitet wird. Jeder wärmeisolierte Behälter aus dem ein Strom des Fluides nach einem anderen Strom des Fluides für einen Wärmeaustausch abgeleitet wird, kann dabei ein anderes durchschnittliches Temperaturniveau aufweisen. Und/oder es wird ein Strom des Fluides zur Wärmeübertragung wärmeisoliert zwischengespeichert, der an verschiedenen Stellen ein unterschiedliches durchschnittliches Temperaturniveau besitzt.
Eine Anpassung des Temperaturniveaus des Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung erfolgt sonst vor dem Zeitpunkt, an dem das Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung für einen Wärmeaustausch zur Verfügung steht. Um Verluste aufgrund eines Wärmeaustausches zu minimieren oder um die Bedingungen für einen Wärmeaustausch anzupassen, wird das Temperaturniveau des Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung vor einem Wärmeaustausch an das Temperaturniveau des Volumens des zu temperierenden Fluides angepasst. Das bedeutet, das die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung an eine Wärmetauscherfläche geleitet werden, die ein Temperaturniveau aufweisen, welches möglichst weitgehend dem Temperaturniveau des zu temperierenden Fluides entspricht, wobei die Temperaturniveaudifferenz zwischen den Fluiden so hoch ist, dass ein ausreichender Wärmeübergang zwischen den beiden Fluiden über die vorgesehene Wärmetauscherfläche innerhalb eines bestimmten Zeitraumes möglich ist.
Die 2 wird mit der Einleitung eines Fluides 16 zur Wärmeübertragung erläutert. An der Stelle der Einleitung eines Fluides 16 zur Wärmeübertragung und der Wärmetauscherflächen 11 der Begrenzungen der inneren Kammer 10 können Vorrichtungen zur Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz angeordnet werden, die das unterschiedliche Temperaturniveau auf den beiden Seiten der Begrenzungen der inneren Kammer 10 regulieren und für die Erzeugung von Arbeit bzw. einer höherwertigen Energieform nutzen. Eine Temperierung aufgrund der Wärmemengen, die mit der 2 erzeugt werden, kann gegebenenfalls mit dem Einsatz weiterer Vorrichtungen genutzt werden, um Fluide, wie zum Beispiel Stickstoff, Luft, Wasserstoff etc. zu verflüssigen. In einem Kältespeicher können die Fluide nach der Temperierung in einem flüssigen und/oder festen Zustand vorliegen. Es besteht die Möglichkeit, dass die Energie, die für die Temperierung und für die Erzeugung des Phasenwechsels der Fluide benötigt wurde, in einem wärmeisolierten Kälteraum in Form der temperierten Fluide zwischengespeichert wird.
Die 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen in der ein Kreislauf 24 mit einem Fluid 30 für den Phasenwechsel angeordnet ist, der innerhalb bestimmter Abschnitte an andere Kreisläufe 32 grenzt, in denen ein Fluid 31 zur Wärmeübertragung zirkuliert. An dem Kreislauf 24 mit dem Fluid 30 für den Phasenwechsel sind zudem mindestens zwei, in der 3 mindestens drei Zylinder 25, 27, 34, angeordnet, in denen sich Kolben befinden, die das Druckniveau des Fluides 30 für den Phasenwechsel an die jeweiligen Abschnitte des Kreislaufes 24 mit dem Fluid 30 für den Phasenwechsel anpassen. Es handelt sich um eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen, die insgesamt mit 23 bezeichnet wird. Im oberen Bereich des Kreislaufes 24 mit dem Fluid 30 für den Phasenwechsel ist ein Zylinder 25 angeordnet, der einen Kolben enthält, der bei einer isobaren Expansion des verdampfenden Fluides 30 für den Phasenwechsel nach oben verschoben wird. Ferner kann ein Ablauf genutzt werden, bei dem eine weitere Verschiebung des Zylinders 25 nach oben erfolgt, wenn zusätzliches Fluidvolumen in den angeschlossen Abschnitt des Kreislaufes 24 eingeführt wird. Außerdem wird der Zylinder 25 für eine anschließende adiabatische Kompression des Fluides 30 für den Phasenwechsel genutzt. Nach einer adiabatischen Kompression wird das Fluid 30 für den Phasenwechsel mit einem höheren Temperaturniveau in den Zylinder 27 für die weitere Kompression geleitet, der eine Vorrichtung zur Temperierung des Fluides 30 für den Phasenwechsel aufweist. Dieser Zylinder 27 befindet sich in der räumlichen Nähe des Zylinders 25. Die weitere Kompression des Fluides 30 für den Phasenwechsel erfolgt mit einer Temperierung. Über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 27 wird das Fluid 30 für den Phasenwechsel durch ein Fluid 31 zur Wärmeübertragung temperiert. Wenn das komprimierte Fluid 30 für den Phasenwechsel innerhalb des Zylinders 27 das gleiche Druckniveau aufweist wie das Fluid 30 für den Phasenwechsel innerhalb des folgenden Abschnittes für die Kondensation des Fluides 30 werden die Ventile und/oder die Schieber, die sich zwischen dem Zylinder 27 und dem Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Kondensation befinden, geöffnet. Nach der Öffnung der Ventile und/oder der Schieber, die sich zwischen dem Zylinders 27 und dem folgenden Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Kondensation des Fluides 30 für den Phasenwechsel befinden, wird das Fluid 30 für den Phasenwechsel weiter komprimiert und verschoben. Dabei wird das Fluid 30 für den Phasenwechsel über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 27 sowie des folgenden Abschnittes des Kreislaufes 24 durch ein Fluid 31 zur Wärmeübertragung temperiert. Die weitere Kompression nach der Öffnung der Ventile und/oder Schieber, die sich zwischen dem Zylinders 27 und dem folgenden Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Kondensation des Fluides 30 für den Phasenwechsel befinden, erfolgt isobar. Das Fluid 30 für den Phasenwechsel wird aufgrund der Bewegung des Kolbens des Zylinders 27 komprimiert und verschoben, bis der Kolben des Zylinders 27 seine unterste Position erreicht hat. Aus dem Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Kondensation des Fluides 30 für den Phasenwechsel wird das Fluid in einen Zylinder 34 für eine adiabatische Expansion geschoben, der sich im unteren Bereich des Kreislaufes 24 befindet. Der Kolben des Zylinders 34 wird nach oben gefahren, weil das Fluid 30 für den Phasenwechsel durch den Kolben des Zylinders 27 isobar nach unten geschoben wird. Beide Kolben der Zylinder 27, 34 üben die gleiche Druckbelastung auf das Fluid 30 für den Phasenwechsel aus, das sich im Abschnitt für die Kondensation des Fluides 30 für den Phasenwechsel befindet. Wenn der Kolben des Zylinders 34 die oberste Position erreicht hat, werden die Ventile und/oder die Schieber des Zylinders 34 geschlossen. Anschließend wird die Druckbelastung des Kolbens des Zylinders 34 verringert. Nach einer adiabatischen Expansion wird das Fluid 30 für den Phasenwechsel aus dem Zylinder 34 in den Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Verdampfung des Fluides 30 für den Phasenwechsel geschoben. Über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Abschnittes des Kreislaufes 24 für die Verdampfung wird das Fluid 30 für den Phasenwechsel durch ein Fluid 31 zur Wärmeübertragung temperiert. Das Fluid 30 für den Phasenwechsel wird in den Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Verdampfung des Fluides 30 für den Phasenwechsel geschoben, und verdampft dort in bestimmten Abschnitten aufgrund der Temperierung durch ein Fluid 31 zur Wärmeübertragung über die Wärmetauscherflächen. Aus diesem Grund wird der Kolben des Zylinders 25 nach oben geschoben. Wenn der Kolben des Zylinders 25 seine höchste Position erreicht hat, werden die wärmeisolierten Ventile und/oder Schieber zwischen dem Zylinder 25 und diesem Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Verdampfung des Fluides 30 für den Phasenwechsel geschlossen. Das Fluid 30 für den Phasenwechsel durchläuft den Kreislauf 24 erneut.
Der Zylinder 25 für die isobare Expansion und für eine anschließende adiabatische Kompression des Fluides 30 für den Phasenwechsel wird durch eine Kolbenstange 26 bewegt, wenn kein magnetischer Verbund für eine Kraftübertragung eingesetzt wird. Eine Kolbenstange 26 kann mit einer der beiden möglichen Verschieberichtungen 29 bewegt werden. Wenn kein magnetischer Verbund eingesetzt wird, wird der Zylinder 27 für die weitere Kompression des Fluides 30 für den Phasenwechsel ebenfalls durch eine Kolbenstange 28 verschoben. Eine andere Kolbenstange 35 ist mit einem Kolben in dem Zylinder 34 für die adiabatische Expansion verbunden. Der Zylinder 27 für die weitere Kompression des Fluides 30 für den Phasenwechsel kann Bestandteile aufweisen oder mit Fig. vergleichbar sein, die mit der folgenden 4 dargestellt werden. An der Stelle von zwei getrennten Zylindern 25, 27 für die isobare Expansion und die folgende adiabatische und die weitere Kompression ist auch der Einsatz von einem Zylinder möglich, in dem alle diese Vorgänge erfolgen. An der Stelle von einem Kreislauf 24 mit dem Fluid 30 für den Phasenwechsel an dem zwei oder mehrere Zylinder 25, 27, 34 angeordnet werden, besteht auch die Möglichkeit, dass das Fluid 30 für den Phasenwechsel innerhalb eines Zylinders einer 6 verschoben wird. Innerhalb des Zylinders einer 6 wird das Fluid 30 für den Phasenwechsel aufgrund einer Verschiebung eines Verdrängers in unterschiedliche Bereiche des Zylinders geschoben.
An den Kolben der Zylinder 25, 27, 34 sind Dichtungen angeordnet, die sich zwischen den Kolben und den Seitenwänden der Zylinder 25, 27, 34 befinden. Die Reibungen der Dichtungen werden möglichst weitgehend minimiert. Aus diesem Grund wird das Druckniveau und/oder die Höhe der Dichtungen der Kolben an die jeweiligen Bedingungen für den Einsatz der Dichtungen angepasst. Dies kann zum Beispiel mit Hilfe einer hydraulische Weiterleitung umgesetzt werden. Für diese Anpassung und/oder um die Einstellung der Dichtungen der Kolben zu ändern, sind die äußeren Enden der Zylinder 25, 27, 34 in einem gemeinsamen Fluidraum angeordnet. Es besteht auch die Möglichkeit, dass zum Beispiel die Zylinder 25, 27 in einem gemeinsamen weiteren Fluidraum angeordnet werden und der Zylinder 34 wird in einem anderen getrennten Fluidraum eingesetzt, zum Beispiel zusammen mit anderen Zylindern 34, die an dem selben oder an anderen Kreisläufen 24 angeordnet sind. In dem gemeinsamen weiteren Fluidraum befindet sich das gleiche Fluid für den Phasenwechsel wie in dem Kreislauf 24. Außerdem ist das Druckniveau des Fluides für den Phasenwechsel in dem gemeinsamen weiteren Fluidraum so hoch wie das niedrigste Druckniveau des Fluides 30 für den Phasenwechsel in einem Abschnitt des Kreislaufes 24. In einem gemeinsamen weiteren Fluidraum sind mehrere Zylinder 25 sowie mehrere Zylinder 27 und gegebenenfalls mehrere Zylinder 34 angeordnet. Außerdem können mehrere getrennte weitere Fluidräume eingesetzt werden, in denen sich mehrere Zylinder 25 oder mehrere Zylinder 27 etc. befinden. Das Druckniveau wird an das niedrigste Druckniveau der Abschnitte des Kreislaufes 24 mit dem Fluid 30 für den Phasenwechsel angepasst, die mit dem Zylinder 25, 27 verbunden sind. Die Anzahl der Zylinder 25, 27, 34, die in einem gemeinsamen weiteren Fluidraum angeordnet werden, und die Streckenlänge und/oder Geschwindigkeit der Verschiebung der einzelnen Kolben innerhalb der Zylinder 25, 27, 34 richtet sich unter anderem nach der Notwendigkeit, dass das Druckniveau des gemeinsamen weiteren Fluidraums möglichst weitgehend unverändert bleibt, wenn die Kolben der Zylinder 25, 27, 34 zeitgleich bewegt werden. Wenn die Einstellungen der Dichtungen der Kolben geändert wird, und wenn die Dichtungen innerhalb eines bestimmten Zeitraumes nicht mehr mit einem ausreichenden Druckniveau an den Seitenwänden der Zylinder 25, 27, 34 anliegen, kann das Fluid zwischen den Zylinders 25, 27, 34 des Kreislaufes 24 und dem gemeinsamen weiteren Fluidräumen hin- und herströmen. Ein Entweichen des Fluides für den Phasenwechsel aus der 3 ist aufgrund einer anderen Einstellung der Dichtungen der Kolben der Zylinder 25, 27, 34 nicht möglich. Ein gemeinsamer weiterer wärmeisolierter Fluidraum kann in getrennte wärmeisolierte Bereiche unterteilt werden, die sich durch ein anderes durchschnittliches Druckniveau und durch ein anderes durchschnittliches Temperaturniveau voneinander unterscheiden. Es können mehrere gemeinsame Fluidräume an einem Kreislauf 24 angeordnet werden und an einem gemeinsamen Fluidraum können mehrere Kreisläufe 24 grenzen.
An dem oberen Bereich eines Kreislaufes 24 mit dem Fluid 30 für den Phasenwechsel sind der Zylinder 25 und der Zylinder 27 angeordnet, in dem unteren Bereich eines Kreislaufes 24 befindet sich der Zylinder 34. Zwischen den Zylindern, die in dem oberen und in dem unteren Bereich des Kreislaufes 24 angeordnet sind, befinden sich an den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Kreislaufes 24 Fluidräume oder Leitungen mit dem Fluid 31 zur Wärmeübertragung. Außerdem befinden sich an den Seitenwänden des Zylinders 27 Fluidräume oder Leitungen mit dem Fluid 31 zur Wärmeübertragung. Über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Kreislaufes 24 und des Zylinders 27 erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid 30 für den Phasenwechsel und dem Fluid 31 zur Wärmeübertragung. Leitungen oder Fluidräume mit dem Fluid 31 zur Wärmeübertragung, die an den Kreislauf 24 oder an den Zylinder 27 mit dem Fluid 30 für den Phasenwechsel grenzen, werden als Kreisläufe 32 mit dem Fluid 31 zur Wärmeübertragung bezeichnet. Ein Kreislauf 32 mit dem Fluid 31 zur Wärmeübertragung weist auf der einen Seite Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen auf, über die ein Wärmeaustausch mit dem Fluid 30 für den Phasenwechsel erfolgt. Auf der anderen Seite eines Kreislaufes 32 mit dem Fluid 31 zur Wärmeübertragung befinden sich Begrenzungen 33 bzw. Wärmetauscherflächen 33, über die ein Wärmeaustausch mit einem getrennt geführten Fluid zur Wärmeübertragung erfolgt. Das getrennt geführte Fluid zur Wärmeübertragung wird außerhalb der 3 weitergeleitet. Die Begrenzungen der Kreisläufe 32, in denen das Fluid 31 zur Wärmeübertragung zirkuliert und die nicht für einen Wärmeaustausch genutzt werden, und die keine Wärmetauscherflächen aufweisen, sind wärmeisoliert. Ebenfalls sind die Begrenzungen der Abschnitte des Kreislaufes 24 für das Fluid für den Phasenwechsel sowie die Begrenzungen des Zylinders 27, die nicht für einen Wärmeaustausch genutzt werden, wärmeisoliert. Ferner weisen die Wände des Zylinders 25, 34 eine möglichst geringe Wärmespeicherfähigkeit auf. Es besteht die Möglichkeit, dass das Druckniveau des Fluides 31 zur Wärmeübertragung, das innerhalb eines Kreislaufes 32 eingesetzt wird, an das durchschnittliche Druckniveau des Fluides 30 für den Phasenwechsel angepasst wird. Das Druckniveau des Fluides 31 zur Wärmeübertragung kann dem durchschnittliche Druckniveau entsprechen, welches das Fluid 30 für den Phasenwechsel in dem Abschnitt des Kreislaufes 24 oder in dem Zylinder 27 aufweist, an das der Kreislauf 32 mit dem Fluid 31 zur Wärmeübertragung grenzt. Wenn das Druckniveau des Volumens des Fluides 31 zur Wärmeübertragung an das durchschnittliche Druckniveau des Volumens des Fluides 30 für den Phasenwechsel angepasst wird, das von diesem Volumen des Fluides 31 zur Wärmeübertragung temperiert wird, kann die Wandstärke bzw. die Dicke der Begrenzungen oder Wärmetauscherflächen, die sich zwischen dem Volumen des Fluides 31 zur Wärmeübertragung und dem Volumen des Fluides 30 für den Phasenwechsel befinden, und über die der Wärmeaustausch zwischen beiden Volumen erfolgt, minimiert werden. Je geringer die Wandstärke bzw. die Dicke der Begrenzungen oder Wärmetauscherflächen ist, die sich zwischen einem Volumen des Fluides 31 zur Wärmeübertragung und einem Volumen des Fluides 30 für den Phasenwechsel befinden, desto höher ist die Wärmeleitfähigkeit, und desto geringer ist die Wärmespeicherfähigkeit der Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen, über die der Wärmeaustausch zwischen den beiden Volumen erfolgt. Für einen optimierten Wärmeübergang erfolgt deshalb eine Anpassung des Druckniveaus des Fluides 31 zur Wärmeübertragung an das durchschnittliche Druckniveau des Fluides 30 für den Phasenwechsel. Bei einer Anpassung des Druckniveaus des Fluides 31 zur Wärmeübertragung ist das Druckniveau des Fluides 31 zur Wärmeübertragung in unterschiedlichen Kreisläufen 32 des Fluides 31 und in verschiedene Bereichen der 3 unterschiedlich. Zum Beispiel kann das Druckniveau des Fluides 31 zur Wärmeübertragung, welches an einen Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Verdampfung des Fluides 30 für den Phasenwechsel grenzt, anders sein als das Druckniveau des Fluides 31 zur Wärmeübertragung, welches an einen Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Kondensation des Fluides 30 für den Phasenwechsel grenzt. Dieses kann sich wiederum von dem durchschnittlichen Druckniveau des Fluides 30 für den Phasenwechsel unterscheiden, welches an den Zylinder 27 grenzt. Dieses Druckniveau des Fluides 31 zur Wärmeübertragung kann außerdem permanent an ein verändertes Druckniveau des Fluides 30 für den Phasenwechsel angepasst werden. Ferner kann das Druckniveau des Fluides für verschiedene 3 unterschiedlich sein. Eine andere Möglichkeit für einen Wärmeaustausch über die Begrenzungen zwischen den Fluiden besteht, wenn auf beiden Seiten der Begrenzungen das gleiche Fluid eingesetzt wird, insbesondere wenn zwischen den Fluiden keine Druckniveaudifferenz vorliegt. Die Begrenzungen 33 können wärmeisolierte Ventile und/oder wärmeisolierte Schieber aufweisen, an denen Zuleitungen und Abführungen für das Fluid 31 zur Wärmeübertragung angeordnet sind. Über die Begrenzungen 33 mit den Zuleitungen und Abführungen wird ein bestimmtes Volumen des Fluides 31 zur Wärmeübertragung ausgetauscht. Ein Austausch der Volumen des Fluides 31 zur Wärmeübertragung erfolgt aufgrund des unterschiedlichen durchschnittlichen Temperaturniveau der ausgetauschten Fluidvolumen 31. Ferner kann eine direkte Wärmeübertragung von den linken äußeren Begrenzungen 33 bzw. Wärmetauscherfläschen 33 zu den rechten äußeren Begrenzungen 33 bzw. Wärmetauscherflächen 33 erfolgen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass zwischen diesen Begrenzungen mindestens ein weiterer Kreislauf mit dem Fluid 31 zur Wärmeübertragung angeordnet wird.
Wenn Begrenzungen 33 bzw. Wärmetauscherflächen 33 eingesetzt werden, über die ein Wärmeaustausch mit einem getrennt geführten Fluid zur Wärmeübertragung erfolgt, das von außen an einen Kreislauf 32 grenzt, strömt das Fluid 31 zur Wärmeübertragung innerhalb eines Kreislaufes 32 von den Wärmetauscherflächen, über die ein Wärmeaustausch mit dem Fluid 30 für den Phasenwechsel erfolgt, zu den Wärmetauscherflächen 33, über die der Wärmeaustausch mit dem getrennt geführten Fluid zur Wärmeübertragung umgesetzt wird. Dieses getrennt geführte Fluid zur Wärmeübertragung wird außerhalb der 3 nach einem Abschluss des Wärmeaustausches weitergeleitet. Nach dem Abschluss des Wärmeaustausches an den äußeren Wärmetauscherflächen 33 strömt das Fluid 31 zur Wärmeübertragung innerhalb des Kreislaufes 32 wieder zu den Wärmetauscherflächen, über die ein Wärmeaustausch mit dem Fluid 30 für den Phasenwechsel erfolgt. Dieser Vorgang wiederholt sich. Die Bewegung des Fluides 31 zur Wärmeübertragung kann durch eine zusätzliche Vorrichtung zur Verschiebung des Fluides 31 zur Wärmeübertragung unterstützt werden, um die Geschwindigkeit der Bewegung des Fluides 31 zu steuern. An unterschiedlichen Positionen weist das Fluid 31 zur Wärmeübertragung innerhalb eines Kreislaufes 32 verschiedene Temperaturniveaus auf. Die Differenzen der verschiedenen Temperaturniveaus des Fluides 31 zur Wärmeübertragung sind innerhalb eines Kreislaufes 32 möglichst gering. Das Temperaturniveau des Fluides 31 zur Wärmeübertragung wird innerhalb des jeweiligen Kreislaufes 32 mit dem Fluid 3 zur Wärmeübertragung möglichst weitgehend an das Temperaturniveau zur Verdampfung oder zur Kondensation des Fluides 30 für den Phasenwechsel angepasst. Aus diesem Grund ist vorgesehen, dass die Änderungen des Temperaturniveaus des Fluides 31 zur Wärmeübertragung innerhalb eines Kreislaufes 32 möglichst klein sind. Die Möglichkeiten für einen Wärmeaustausch werden unter anderem mit der 1 und insbesondere mit der 2 erläutert. Die Beschreibung mit einem angepassten Temperaturniveau des Fluides 31 zur Wärmeübertragung erfolgt aufgrund der vereinfachten Darstellung und aufgrund der mit der 1 und der 2 beschrieben Vorteile. Die umgesetzte Wärmeübertragung und die Anpassung des Temperaturniveaus der Fluide 31 zur Wärmeübertragung kann entsprechend abweichen. Unter anderem besteht die Möglichkeit, dass ein Wärmetausch zwischen dem Fluid 31 zur Wärmeübertragung und dem Fluid 30 für den Phasenwechsel über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Kreislaufes 24 oder des Zylinders 27 erfolgt, ohne dass das Temperaturniveau des Fluides 31 zur Wärmeübertragung an das Temperaturniveau des Fluides 30 für den Phasenwechsel angepasst ist, wobei unter angepasst verstanden wird, dass das Temperaturniveau des Fluides 31 zur Wärmeübertragung mit dem Temperaturniveau des zu temperienden Fluides 30 für den Phasenwechsel in dem jeweiligen Bereich der 3 vergleichbar ist. Außerdem kann das Fluid 31 zur Wärmeübertragung innerhalb eines Kreislaufes höhere Temperaturniveaudifferenzen aufweisen, wenn eine Anpassung der Geschwindigkeiten für die Verschiebung der Fluide und der Größe der Wärmetauscherfläche erfolgt.
Bei dem Einsatz der Kreisläufe 32 der 3 ist vorgesehen, dass das Temperaturniveau des Fluides 31 zur Wärmeübertragung möglichst weitgehend an das Temperaturniveau des Fluides 30 für den Phasenwechsel in dem jeweiligen Bereich der 3 angepasst. Das Temperaturniveau des Fluides 31 zur Wärmeübertragung unterscheidet sich mit einer möglichst geringen Temperaturniveaudifferenz von dem Temperaturniveau des Fluides 30 für den Phasenwechsel. Die Temperaturniveaudifferenz zwischen dem Fluid 31 zur Wärmeübertragung und dem Fluid 30 für den Phasenwechsel ist ausreichend groß, um innerhalb des vorgesehenen Zeitraum über die zur Verfügung stehende Wärmetauscherflächen einen ausreichenden Wärmeübergang zu ermöglichen. Die verschiedenen Möglichkeiten für einen Wärmeaustausch werden mit den vorstehenden und folgenden Fig. beschrieben.
Die Anpassung des Temperaturniveaus für die Wärmeübertragung wird ergänzt durch die Einstellungen für das Druckniveau in den jeweiligen Fluidräume mit dem Fluid 30 für den Phasenwechsel und durch die Anpassung des Druckniveaus des Fluides 31 zur Wärmeübertragung sowie der Geschwindigkeiten mit denen das Fluid 30 für den Phasenwechsel auf der einen Seite der Wärmetauscherflächen und mit denen das Fluid 31 zur Wärmeübertragung auf der anderen Seite der Wärmetauscherflächen an den Wärmetauscherflächen vorbeigeleitet wird. Die Einstellungen erfolgen mit dem Ziel, dass bei der Verdampfung des Fluides 30 für den Phasenwechsel eine möglichst große Wärmemenge aufgenommen wird, und das die Wärmemenge, die bei der Kondensation des Fluides 30 für den Phasenwechsel abgeben wird, möglichst gering ist. Außerdem ist die Geschwindigkeit der Verschiebung des Fluides 30 für den Phasenwechsel so niedrig und/oder die Fläche (bzw. Strecke), die für einen Wärmeaustausch zur Verfügung steht, ist so groß (bzw. lang), dass der vorgesehene Wärmeaustausch zwischen dem Fluid 31 zur Wärmeübertragung und dem Fluid 30 für den Phasenwechsel, der über die Wärmetauscherflächen erfolgt, vollständig durchgeführt wird. Für die zu erzeugenden Wärmemengen sind die Bedingungen für die Kondensation und Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel angepasst.
Der Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Kondensation des Fluides 30 für den Phasenwechsel befindet sich zwischen dem oberen Zylinder 27 und dem unteren Zylinder 34 auf der linken Seite des Kreislaufes 24. Der Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Verdampfung des Fluides 30 für den Phasenwechsel befindet sich zwischen dem unteren Zylinder 34 und dem oberen Zylinder 25 auf der rechten Seite des Kreislaufes 24. Es besteht die Möglichkeit, dass das Fluid 30 für den Phasenwechsel in der Form einer Gas-/Flüssigkeitsmischung durch den Kreislauf 24 geleitet wird, falls dies erforderlich ist. In dem Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Kondensation weist das Fluid 30 für den Phasenwechsel ein höheres Druckniveau und ein höheres Temperaturniveau auf als in dem Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Verdampfung des Fluides 30 für den Phasenwechsel. Das Temperaturniveau und das Druckniveau des Fluides 31 zur Wärmeübertragung ist in diesen Kreisläufen 32 an das durchschnittliche Temperaturniveau und an das durchschnittliche Druckniveau des Fluides 30 für den Phasenwechsel angepasst. Aus diesem Grund ist auch das durchschnittliche Temperaturniveau und das Druckniveau des Fluides 31 zur Wärmeübertragung in diesen Kreisläufen 32, die auf der linken Seite an den Kreislauf 24 für die Kondensation grenzen, höher, als in den Kreisläufen, die auf der rechten Seite an den Kreislauf 24 grenzen. In dem Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Verdampfung weist das Fluid 30 für den Phasenwechsel ein niedrigeres Druckniveau und ein niedrigeres Temperaturniveau auf als in dem Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Kondensation des Fluides 30 für den Phasenwechsel. Das Temperaturniveau und das Druckniveau des Fluides 31 zur Wärmeübertragung ist in diesen Kreisläufen 32 an das durchschnittliche Temperaturniveau und an das durchschnittliche Druckniveau des Fluides 30 für den Phasenwechsel angepasst. Aus diesem Grund ist auch das durchschnittliche Temperaturniveau und das Druckniveau des Fluides 31 zur Wärmeübertragung in diesen Kreisläufen 32, die auf der rechten Seite an den Kreislauf 24 für die Verdampfung grenzen, niedriger als in den Kreisläufen 32, die auf der linken Seite an den Kreislauf 24 grenzen.
Der Ablauf für die Nutzung der 3 kann wie folgt gestaltet werden. In dem Abschnitt des Kreislaufes 24 mit dem Fluid 30 für den Phasenwechsel, der sich zwischen dem unteren Zylinder 34 und dem oberen Zylinder 25 befindet, strömt das Fluid 30 für den Phasenwechsel von dem unteren Zylinder 34 zu den oberen Zylinder 25. Bei der Durchleitung des Fluides 30 für den Phasenwechsel erfolgt über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen dieses Abschnittes des Kreislaufes 24 ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid 30 für den Phasenwechsel und dem Fluid 31 zur Wärmeübertragung. Das Fluid 30 für den Phasenwechsel nimmt Wärme auf und verdampft. Das Fluid 31 zur Wärmeübertragung gibt Wärme ab. Das Volumen des Fluides 31 zur Wärmeübertragung, das die Wärme abgegeben hat, wird zu den Wärmetauscherflächen 33 geführt. An den Wärmetauscherflächen 33 nimmt das Fluid 31 zur Wärmeübertragung wieder Wärme auf. Das Druckniveau des Fluides 30 für den Phasenwechsel und das Temperaturniveau der Wärmetauscherflächen des Kreislaufes 24 sind in diesem Abschnitt des Kreislaufes 24 an die Erfordernisse für die Verdampfung des Fluides 30 für den Phasenwechsel angepasst. Außerdem werden die Fluide 30, 31 mit einer angepassten Geschwindigkeit an den Wärmetauscherflächen vorbeigeführt. Ferner ist die Geschwindigkeit der Verschiebung des Fluides 30 für den Phasenwechsel so niedrig und/oder die Fläche (bzw. Strecke), die für einen Wärmeaustausch zur Verfügung steht, ist so groß (bzw. lang), dass der vorgesehene Wärmeaustausch zwischen dem Fluid 31 zur Wärmeübertragung und dem Fluid 30 für den Phasenwechsel, der über die Wärmetauscherflächen erfolgt, vollständig durchgeführt wird. Das Volumen des Fluides 30 für den Phasenwechsel vergrößert sich aufgrund der Verdampfung. Außerdem werden weitere Volumen des Fluides 30 für den Phasenwechsel in diesen Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Verdampfung eingeleitet. Aus diesem Grund wird der Kolben des Zylinders 25 immer weiter nach außen geschoben. Die isobare Verschiebung des Kolbens des Zylinders 25 ist beendet, wenn der Kolben des Zylinders 25 nach oben gefahren wurde, und wenn der Kolben die höchste Position erreicht hat. Es besteht die Möglichkeit, dass an einem Kreislauf 24 mehrere Zylinder 25 angeordnet sind. Wenn mehrere Zylinder 25 vorhanden sind, werden zu diesem Zeitpunkt die wärmeisolierten Ventile und/oder die Schieber, die sich zwischen einem anderen Zylinders 25 und dem Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Verdampfung des Fluides 30 befinden, geöffnet, damit das Strömen des Fluides von dem rechten oberen zum linken oberen Abschnitt der 3 nicht unterbrochen wird. Außerdem werden die wärmeisolierten Ventile und/oder die Schieber des Zylinders 25 geschlossen, bei dem der Kolben die oberste Position erreicht hat. Nachdem die Ventile und/oder Schieber des Zylinders 25 geschlossen wurden, bei dem der Kolben bis zur obersten Position geschoben wurde, erfolgt in diesem Zylinder 25 die adiabatische Kompression des Fluides 30 für den Phasenwechsel. Dieses Fluid 30 ist in diesem Zeitraum innerhalb des Zylinders 25 eingeschlossen. Der Kolben wird in den Zylinder 25 gefahren. Dabei wird das Fluid 30 für den Phasenwechsel innerhalb des Zylinders 25 komprimiert. Wenn das Fluid und der Kolbenraum am Anfang der Kompression ein Temperaturniveau aufweisen, das zu hoch für eine Kondensation des Fluides ist, wird das Druckniveau zu Beginn der Kompression bzw. innerhalb der ersten Teilschritte der Kompression nur soweit erhöht, dass die Möglichkeit besteht, das Fluid vor der weiteren Kompression zu kühlen, bis das vorgegebene Temperaturniveau erreicht ist, damit die Erzeugung von höheren Temperaturniveaus aufgrund der Kompression des Fluides möglichst weitgehend vermieden wird. Dies ist möglich, wenn aufgrund des hohen Temperaturniveaus keine Kondensation des Fluides zu befürchten ist. Der Umfang, mit der eine Kompression innerhalb des Zylinders 25 erfolgt, kann unterschiedlich sein, außerdem besteht die Möglichkeit, dass der Zylinder 25 das Fluid nur verschiebt. Aus einem Zylinder 25 wird das Fluid in den nächsten Zylinder 27 eingeleitet. Für eine Kondensation des Fluides wird im folgenden Zylinder 27 nach dem Abbau der überschüssigen Wärme das Druckniveau weiterhin erhöht, damit bei dem vorgesehenen Druckniveau eine Kondensation des Fluides erfolgt.
Ist das Temperaturniveau des Fluides am Anfang so niedrig, dass bei einer weiteren Erhöhung des Druckniveaus eine Kondensation des Fluides zu befürchten ist, wird das Fluid vor der Kompression in einen Kolbenraum geleitet, der ein ausreichend hohes Temperaturniveau aufweist. Das Druckniveau des Fluides wird entsprechend erhöht und in den folgenden Zylinder 27 abgeführt. Das Temperaturniveau des Kolbenraums ist so hoch, dass eine Kondensation vor dem Erreichen des dafür vorgesehenen Druckniveaus möglichst weitgehend vermieden wird. Für die Kompression des Fluides 30 für den Phasenwechsel muss Arbeit aufgewendet werden. Nach dem Abschluss der adiabatischen Kompression werden die wärmeisolierten Ventile und/oder die Schieber geöffnet, die sich zwischen dem Zylinder 25 und dem Zylinder 27 befinden. Die Verbindung zwischen diesen beiden Zylindern 25, 27 ist wärmeisoliert. Das adiabatisch komprimierte Fluid 30 für den Phasenwechsel wird mit dem Temperaturniveau, welches aufgrund der Kompression erhöht ist, aus dem Zylinder 25 in den Zylinder 27 für die weitere Kompression geschoben. Nachdem die Verschiebung des Fluid 30 für den Phasenwechsel in den Zylinder 27 beendet ist, werden die wärmeisolierten Ventile und/oder die Schieber des Zylinders 27 geschlossen. Ferner werden die wärmeisolierten Ventile und/oder die Schieber geschlossen, die sich zwischen dem Zylinder 25 und dem Zylinder 27 befinden. Die Ventile und/oder die Schieber des Zylinders 25, die sich zwischen diesem Zylinder 25 und dem Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Verdampfung befinden, werden wieder geöffnet, weil das Fluid aus dem Zylinder 25 geschoben wurde, und die Ventile und/oder Schieber zwischen dem Zylidner 25 und dem Zylinder 27 wieder geschlossen wurden. In dem Zylinder 25 für die adiabatische Kompression wird die isobare Volumenvergrößerung des Fluides 30 für den Phasenwechsel genutzt, um den Kolben des Zylinders 25 nach oben zu schieben. Ferner wird die Verschiebung des Fluides 30 in die Richtung des Zylinders 25 genutzt. Nachdem der Kolben des Zylinders 25 die oberste Position erreicht hat, werden die wärmeisolierten Ventile und/oder Schieber wieder geschlossen. Nach einer Schließung der Ventile und/oder Schieber des Zylinders 25 erfolgt in diesem Zylinder 25 eine adiabatische Kompression des Fluides 30 für den Phasenwechsel, die Zylinderwänden dieses Zylinders 25 sind für diesen Zeitraum nicht für einen Wärmeaustausch vorgesehen. Aus diesem Grund weisen die Wände des Zylinders 25 und des Kolbens, der innerhalb des Zylinders 25 eingesetzt wird, eine möglichst geringe Wärmespeicherfähigkeit und eine möglichst hohe Isolationswirkung auf. An der Stelle von einem Zylinder 25 können zwei Zylinder an dem oberen Bereich des Kreislaufes 24 angeordnet werden. Innerhalb des ersten Zylinders wird der Kolben aufgrund der isobaren Expansion des Fluides 30 für den Phasenwechsel nach oben geschoben. Nachdem der Kolben des ersten Zylinders die oberste Position erreicht hat, wird das Fluid 30 für den Phasenwechsel von dem ersten Zylinder in den zweiten Zylinder geschoben. Im Anschluss an diese Verschiebung werden die wärmeisolierten Ventile und/oder Schieber des zweiten Zylinders geschlossen. Danach erfolgt die adiabatische Kompression des Fluides 30 für den Phasenwechsel in dem zweiten Zylinder. Nach der adiabatischen Kompression werden die wärmeisolierten Ventile und/oder Schieber, die sich zwischen dem zweiten Zylinder und dem Zylinder 27 befinden geöffnet. Das komprimierte Fluid 30 für den Phasenwechsel wird mit einem höheren Temperaturniveau in den Zylinder 27 geschoben. Aufgrund des Einsatzes von zwei Zylindern an der Stelle von einem Zylinder 25 kann ein Wärmeaustausch nur zwischen dem Fluid 30 und den Begrenzungen des zweiten Zylinders erfolgen.
Aufgrund der Verdampfung und der Verschiebung des Fluides 30 für den Phasenwechsel wird der Kolben des Zylinders 25 nach oben bewegt. Wenn der Kolben die höchste Position erreicht hat, werden die wärmeisolierten Ventile und/oder die Schieber des Zylinders 25 geschlossen. Innerhalb des Zylinders 25 ist nach der Schließung der Ventile und/oder der Schieber ein bestimmtes Volumen eingeschlossen. Wenn dieses eingeschlossenen Volumen komprimiert wird, drückt ein zusätzliches Gewicht auf den Kolben, damit die Kompression und die anschließende Verschiebung durchgeführt wird. Dieses Gewicht für die gesamte Kompression und für die Verschiebung wird in der Tabelle 6 für einen Kolben angegeben, der eine Kolbenfläche mit der dargestellten Größe aufweist. In der Tabelle 7 ist das zusätzliche Gewicht für einen Kolben angeführt, der eine kleinere Kolbenfläche besitzt als die Kolbenfläche, die in der Tabelle 6 vermerkt ist. Außerdem ist in der Tabelle 7 die Hubarbeit bzw. die Arbeit für das Anheben des Gewichtes angegeben, wenn mehrere Kolbenräume, die nacheinander oder parallel eingesetzt werden, ein Volumen von einem Kubikmeter aufweisen. Dieses Volumen von einem Kubikmeter des Fluides 30 für den Phasenwechsel wird für einige Werte der Tabellen 5, 7, 8, 9, 10 als Vergleichsmaßstab angegeben. An der Stelle von zwei Zylindern 25, 27 kann ein Zylinder für die gesamte Kompression und Verschiebung des Fluides 30 für den Phasenwechsel genutzt werden. Die dargestellte maximale Gewichtsbelastung und der maximale Arbeitsaufwand können sich auf den Einsatz von einem Zylinder beziehen. Im Anschluss an eine Verschiebung des adiabatisch komprimierten Fluides 30 in den Zylinder 27 für die weitere Kompression werden die wärmeisolierten Ventile und/oder die Schieber des Zylinders 27 geschlossen. Danach erfolgt die Kompression des Fluides 30 für den Phasenwechsel. Die weitere Kompression des Fluides 30 für den Phasenwechsel erfolgt mit einer Temperierung. Über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 27 wird das Fluid 30 für den Phasenwechsel durch ein Fluid 31 zur Wärmeübertragung temperiert.
Für die Temperierung kann zum Beispiel ein Verdränger eingesetzt werden, der mit einem Verdränger bzw. mit einer Strömhilfe der 4 vergleichbar ist. Wenn das komprimierte Fluid 30 für den Phasenwechsel innerhalb des Zylinders 27 das gleiche Druckniveau aufweist wie das Fluid 30 für den Phasenwechsel innerhalb des folgenden Abschnittes für die Kondensation des Fluides 30 werden die wärmeisolierten Ventile und/oder die Schieber, die sich zwischen dem Zylinder 27 und dem Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Kondensation befinden, geöffnet. Der Kolben wird weiter in den Zylinder 27 gefahren. Dabei wird das Fluid 30 für den Phasenwechsel isobar komprimiert und in den folgenden Abschnitt des Kreislaufes 24 geschoben. Über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 27 für die weitere Kompression und über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Abschnittes des Kreislaufes 24 für die Kondensation des Fluides 30 für den Phasenwechsel erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid 30 für den Phasenwechsel und dem Fluid 31 zur Wärmeübertragung. Das Fluid 30 für den Phasenwechsel gibt Wärme ab und kondensiert. Das Fluid 31 zur Wärmeübertragung nimmt Wärme auf. Das Volumen des Fluides 31 zur Wärmeübertragung, das die Wärme aufgenommen hat, wird zu den Wärmetauscherflächen 33 geführt. An den Wärmetauscherflächen 33 gibt das Fluid 31 zur Wärmeübertragung wieder Wärme ab. Das Druckniveau des Fluides 30 für den Phasenwechsel und das Temperaturniveau der Wärmetauscherflächen des Kreislaufes 24 sind in diesem Abschnitt des Kreislaufes 24 an die Erfordernisse für die Kondensation des Fluides 30 für den Phasenwechsel angepasst. Außerdem werden die Fluide 30, 31 mit einer angepassten Geschwindigkeit an den Wärmetauscherflächen vorbeigeführt. Ferner ist die Geschwindigkeit der Verschiebung des Fluides 30 für den Phasenwechsel so niedrig und/oder die Fläche (bzw. Strecke), die für einen Wärmeaustausch zur Verfügung steht, ist so groß (bzw. lang), dass der vorgesehene Wärmeaustausch zwischen dem Fluid 31 zur Wärmeübertragung und dem Fluid 30 für den Phasenwechsel, der über die Wärmetauscherflächen erfolgt, vollständig durchgeführt wird. Das Volumen des Fluides 30 für den Phasenwechsel verkleinert sich aufgrund der Kondensation. Außerdem werden weitere Volumen des Fluides 30 für den Phasenwechsel aus diesem Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Kondensation abgeführt. Aus diesem Grund wird der Kolben des Zylinders 27 immer weiter nach unten geschoben. Die weitere Verschiebung des Kolbens des Zylinders 27, die isobar erfolgt, ist beendet, wenn der Kolben des Zylinders 27 die unterste Position erreicht hat. Innerhalb des Zylinders 27 können Bestandteile der 4 eingesetzt werden. Wenn Bestandteile der 4 genutzt werden, wird die Geschwindigkeit für einen Wärmeaustausch erhöht. Wenn der Kolben dieses Zylinders 27 die unterste Position erreicht hat, werden die wärmeisolierten Ventile und/oder die Schieber des Zylinders 27 geschlossen. An einem Kreislauf 24 können mehrere Zylinder 27 angeordnet sein. Wenn mehrere Zylinder 27 für einen Kreislauf 24 eingesetzt werden, werden zeitgleich die wärmeisolierten Ventile und/oder die Schieber, die sich zwischen einem anderen Zylinder 27 und dem Abschnitt des Kreislaufes 24 zur Kondensation befinden, geöffnet, damit der Fluss des Fluides von dem oberen linken Abschnitt zu dem unteren linken Abschnitt der 3 nicht unterbrochen wird. Nachdem die wärmeisolierten Ventile und/oder Schieber des Zylinders 27 geschlossen wurden, bei dem der Kolben bis zur untersten Position geschoben wurde, werden die wärmeisolierten Ventile und/oder die Schieber, die sich zwischen diesem Zylinder 27 und einem Zylinder 25 befinden, wieder geöffnet, wenn der Kolben dieses Zylinders 25, dass eingeschlossene Fluid 30 entsprechend komprimiert hat.
In dem Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Kondensation des Fluides 30 für den Phasenwechsel, der sich zwischen dem oberen Zylinder 27 und dem unteren Zylinder 34 befindet, strömt das Fluid 30 für den Phasenwechsel von dem oberen Zylinder 27 zu dem unteren Zylinder 34. Das Volumen des Fluides 30 für den Phasenwechsel verkleinert sich aufgrund der Kondensation. Außerdem werden weitere Volumen des Fluides 30 für den Phasenwechsel aus diesem Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Kondensation abgeführt. Aus diesem Grund wird der Kolben des Zylinders 27 immer weiter nach unten geschoben. Das Fluid 30 für den Phasenwechsel wird aufgrund der Bewegung des Kolbens des Zylinders 27 komprimiert und verschoben, bis der Kolben des Zylinders 27 seine unterste Position erreicht hat. Aus dem Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Kondensation des Fluides 30 für den Phasenwechsel wird das Fluid in einen Zylinder 34 für eine adiabatische Expansion geschoben, der sich im unteren Bereich des Kreislaufes 24 befindet. Der Kolben des Zylinders 34 wird nach oben gefahren, weil das Fluid 30 für den Phasenwechsel durch den Kolben des Zylinders 27 isobar nach unten geschoben wird. Beide Kolben der Zylinder 27, 34 üben die gleiche Druckbelastung auf das Fluid 30 für den Phasenwechsel aus, das sich im Abschnitt für die Kondensation des Fluides 30 für den Phasenwechsel befindet. Wenn der Kolben innerhalb des Zylinders 27 nach unten gefahren wird, wird der Kolben des Zylinders 34 nach oben bewegt. Die Strecke mit dem der Kolben des Zylinders 34 nach oben verschoben wird, entspricht dem Volumen, welches das Fluid 30 für den Phasenwechsel nach der Kompression und der anteiligen Kondensation aufweist. Der verlängerte Kolben bzw. der Isolationskörper des Kolbens des Zylinders 34 grenzt an der unteren Seite an das Fluid 30 für den Phasenwechsel, das aus dem linken Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Kondensation in den Zylinder 34 geleitet wird, an der anderen oberen Seite grenzt der verlängerte Kolben des Zylinders 34 an das Fluid 30 für den Phasenwechsel, das sich in dem rechten Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Verdampfung befindet. Der Isolationkörper des Kolbens wird mit den folgenden Fig. beschrieben. Das Fluid 30 für den Phasenwechsel strömt in den Zylinder 34 und drückt den Kolben des Zylinders 34 nach oben. Der Kolben verschiebt bei einer Bewegung nach oben das Fluid 30 für den Phasenwechsel, das an die andere Seite des verlängerten Kolbens grenzt, sowie ein zusätzliches Gewicht oder eine vergleichbare Belastung. Die gesamte Druckbelastung, die der Kolben des Zylinders 34 auf das Fluid 30 für den Phasenwechsel ausübt, das aus dem Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Kondensation in den Zylinder 34 strömt, entspricht der Druckbelastung, mit der der Kolben des Zylinders 27 auf das Fluid 30 für den Phasenwechsel drückt, wenn es nach unten verschoben wird. Die Verschiebung des Kolbens des Zylinders 27 nach unten wird durch die Verschiebung des Kolbens des Zylinders 34 nach oben ausgeglichen. Die Strecke, die der Kolben des Zylinders 34 nach oben gefahren wird, ist entsprechend kürzer als die Strecke, die der Kolben des Zylinders 27 nach unten gefahren wird, wenn beide Kolben den gleichen Umfang aufweisen. Es besteht aber die Möglichkeit, dass der Umfang der Kolben bzw. die Länge der Zylinder angepasst wird, so dass die Strecke der Verschiebung insgesamt annähernd gleich ist. Für einen Ausgleich der Verschiebungen üben beide Kolben annähernd die gleiche Druckbelastung auf das Fluid 30 für den Phasenwechsel aus, das sich in dem Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Kondensation befindet. Alle oder mehrere Kolben der 3 können über einen Wirkungsmechanismus miteinander verbunden werden. Wenn der Kolben des Zylinders 34 aufgrund der Verschiebung durch das einströmende Fluid 30 für den Phasenwechsel die oberste Position erreicht hat, werden die wärmeisolierten Ventile und/oder Schieber des Zylinders 34 geschlossen. Es besteht die Möglichkeit, dass mehrere Zylinder 34 an einem Kreislauf 24 angeordnet sind. Wenn mehrere Zylinder 34 für einen Kreislauf eingesetzt werden, werden zeitgleich die wärmeisolierten Ventile und/oder Schieber geöffnet, die sich zwischen einem anderen Zylinder 34 und dem Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Kondensation befinden, damit der Strom des Fluides von dem linken unteren Abschnitt zum rechten unteren Abschnitt der 3 nicht unterbrochen wird. Die Kolbenstange 35 des Zylinders 34 ist über Haltevorrichtungen mit den Haltevorrichtungen verkoppelt, die das zusätzliche Gewicht oder die zusätzliche Druckbelastung aufweisen. Bei einem Zylinder 34, bei dem die Ventile und/oder Schieber vor einer adiabatischen Kompression geschlossen wurden, werden diese Haltevorrichtungen wieder voneinander gelöst bzw. entkoppelt. Nach der Entkopplung der Haltevorrichtungen erfolgt eine Bewegungsausführung des Kolbens des Zylinders 34 aufgrund einer adiabatischen Expansion des Fluides 30 für den Phasenwechsel. Das Druckniveau des Fluides 30 für den Phasenwechsel wird innerhalb des Zylinders 34 an das Druckniveau des Fluides 30 für den Phasenwechsel des folgenden Abschnittes des Kreislaufes 24 für die Verdampfung angepasst. Bei einer Verschiebung des Kolbens des Zylinders 34 aufgrund der adiabatischen Expansion des Fluides 30 für den Phasenwechsel wird Arbeit abgegeben. Vor einer adiabatischen Expansion wird der Zylinder 34 für eine Verschiebung des Fluides 30 für den Phasenwechsel genutzt. Das Fluid 30 für den Phasenwechsel, das innerhalb des Abschnittes des Kreislaufes 24 für die Kondensation von oben nach unten verschoben wird, strömt in den Zylinder 34, in dem das gleich Druckniveau vorliegt wie in dem Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Kondensation. Nachdem die wärmeisolierten Ventile und/oder Schieber des Zylinders 34 geschlossen wurden, wird die Druckbelastung, die der Kolben des Zylinders 34 auf das Fluid 30 für den Phasenwechsel ausübt, welches innerhalb des Zylinders 34 eingeschlossen ist, verringert. Die Druckbelastung wird an das Druckniveau des Fluides 30 für den Phasenwechsel angepasst, das sich in dem Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Verdampfung befindet. Anschließend erfolgt die adiabatische Expansion des Fluides 30 für den Phasenwechsel, das sich innerhalb des Zylinders 34 befindet. Die adiabatische Expansion des Fluides 30 für den Phasenwechsel erfolgt in dem Zylinder 34, die Zylinderwände dieses Zylinders 34 sind nicht für einen Wärmeaustausch vorgesehen. Aus diesem Grund weisen die Wände des Zylinders 34 und des Kolbens, der innerhalb des Zylinders 34 eingesetzt wird, eine möglichst geringe Wärmespeicherfähigkeit und eine möglichst hohe Isolationswirkung auf. An der Stelle von einem Zylinder 34 können zwei Zylinder eingesetzt werden, in denen das Fluid nacheinander eingeführt wird. In dem ersten Zylinder erfolgt die Verschiebung und in dem zweiten Zylinder erfolgt die Expansion sowie die Verschiebung des Fluides 30 in den folgenden Abschnitt des Kreislaufes 24. Bei dem Einsatz von zwei Zylindern kann ein Wärmeaustausch zwischen den Begrenzungen des Zylinders und dem Fluid 30 nur in dem zweiten Zylinder erfolgen. Für einen Zylinder 25 können ebenfalls zwei Zylinder eingesetzt werden, wie bereits beschrieben. Die Fläche der Begrenzungen, die innerhalb der Zylinder 25, 34 für einen Wärmeaustausch zur Verfügung stehen, sind möglichst klein, daher die Volumen der Zylinder 25, 34 sind möglichst groß, sofern die Zylinderstangen der Kolben dieser Zylinder nicht mit einem Wirkungsmechanismus verbunden sind, der andere Volumen und/oder Formen der Zylindern erfordert, zum Beispiel um bestimmte Bewegungen der Kolben auszugleichen. Alle Kolben der 3 weisen einen verlängerten Kolben bzw. einen Isolationskörper auf. Außerdem können an den Kolbenstangen Haltevorrichtungen für die Verkopplung und Entkopplung von Bestandteilen der Vorrichtung angebracht werden. Die Isolationskolben und die Haltevorrichtungen werden mit den folgenden Fig. beschrieben.
Nach einer adiabatischen Expansion des Fluides 30 für den Phasenwechsel werden die wärmeisolierten Ventile und/oder Schieber geöffnet, die sich zwischen dem Zylinder 34 und dem rechten Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Verdampfung des Fluides 30 für den Phasenwechsel befinden. Auf beiden Seiten des verlängerten Kolbens des Zylinders 34 befindet sich zu diesem Zeitpunkt das Fluid 30 für den Phasenwechsel mit einem vergleichbaren Druckniveau. Der Kolben des Zylinders 34 wird nach unten bewegt, dabei wird das Fluid 30 für den Phasenwechsel, das an die untere Seite des Kolbens grenzt, aus dem Zylinder 34 geschoben. Das Volumen zwischen der unteren Seite des Kolbens des Zylinders 34 und der gegenüberliegenden Begrenzung verringert sich. Zeitgleich vergrößert sich das Volumen zwischen der oberen Seite des Kolbens des Zylinders 34 und den Begrenzungen des Abschnittes des Kreislaufes 24 für die Kondensation. Das Fluid 30 für die Wärmeübertragung strömt aus den Zylinder 34 in den Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Verdampfung, und aus diesem Abschnitt wird das Fluid 30 für den Phasenwechsel in das Volumen zwischen der oberen Seite des verlängerten Kolbens des Zylinders 34 und den Begrenzungen des Abschnittes des Kreislaufes 24 für die Kondensation geleitet. Nachdem die Verschiebung des Fluides 30 für den Phasenwechsel in den Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Verdampfung beendet ist, werden die wärmeisolierten Ventile und/oder die Schieber, die sich zwischen dem Zylinder 34 und dem Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Verdampfung befinden, wieder geschlossen. Im Anschluss an eine Schließung der wärmeisolierten Ventile und/oder der Schieber des Zylinders 34 werden die Haltevorrichtungen der Kolbenstange 35 des Zylinders 34 wieder an die Haltevorrichtungen gekoppelt, die das zusätzliche Gewicht oder eine vergleichbare Belastung aufweisen, damit die Druckbelastung, die der Kolben des Zylinders 34 auf das Fluid 30 für den Phasenwechsel ausübt, dem Druckniveau entspricht, mit dem der Kolben des Zylinders 27 innerhalb des Abschnittes des Kreislaufes 24 für die Kondensation auf das Fluid 30 für den Phasenwechsel drückt. Anschließend werden die wärmeisolierten Ventile und/oder die Schieber, die sich zwischen dem unteren Zylinder 34 und dem linken Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Kondensation des Fluides befinden, geöffnet, damit das Fluid 30 für den Phasenwechsel wieder aus dem Abschnitt des Kreislaufes 24 für die Kondensation des Fluides 30 in den Zylinder 34 strömen kann, wenn in diesem Abschnitt eine weitere Verschiebung des Fluides 30 für den Phasenwechsel von oben nach unten erfolgt. Das Fluid 30 für den Phasenwechsel, das aus dem Zylinder 34 abgeleitet wird, strömt in dem Abschnitt des Kreislaufes 24, der sich zwischen dem unteren Zylinder 34 und dem oberen Zylinder 25 befindet, von dem unteren Zylinder 34 zu den oberen Zylinder 25. Bei der Durchleitung des Fluides 30 für den Phasenwechsel erfolgt über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen dieses Abschnittes des Kreislaufes 24 ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid 30 für den Phasenwechsel und dem Fluid 31 zur Wärmeübertragung. Das Fluid 30 für den Phasenwechsel nimmt Wärme auf und verdampft. Der Vorgang beginnt erneut.
Die Arbeiten für die Kompression und Verschiebung des Fluides 30 für den Phasenwechsel sind in der Tabelle 7 angeführt. Die Angaben beziehen sich auf einen Zylinder, der das Fluid 30 für den Phasenwechsel komprimiert und verschiebt, zum Beispiel an der Stelle von zwei Zylindern 25, 27. Zusätzlich sind die Arbeiten für die Kompression und die Verschiebung mit der Verschiebearbeit des Fluides der Umgebung des Zylinders dargestellt, die aufgrund der Volumenverkleinerung des Fluides 30 für den Phasenwechsel bei der Ermittlung der erzeugten Wärmemengen berücksichtigt werden. Nach der Kompression des Fluides 30 für den Phasenwechsel hat sich das Volumen von einem Kubikmeter, welches das Volumen von mehreren Kolbenräumen darstellt, die nacheinander oder parallel eingesetzt werden, auf ein Volumen verkleinert, welches in der Tabelle 7 für die jeweilige Zustandsänderung angeführt ist. Die Arbeiten für die Kompression des Fluides 30 für den Phasenwechsel und die Verschiebearbeit des Fluides der Umgebung, die erforderlich sind, bis das jeweilige komprimierte Volumen des Fluides 30 für den Phasenwechsel erreicht ist, stellen die erzeugten Wärmemengen für die Kompression des Fluides 30 dar. Die Wärmemengen werden in der Tabelle 7 angegeben. Die Arbeiten für die Kompression des Fluides 30 für den Phasenwechsel, die erforderlich sind, bis das jeweilige komprimierte Volumen des Fluides 30 für den Phasenwechsel erreicht ist, stellen die Aufwendungen bzw. die zugeführten Arbeiten für den Phasenwechsel des Fluides 30 dar. Diese Werte sind ebenfalls in der Tabelle 7 aufgelistet.
Die zusätzlichen Arbeiten aufgrund der Berücksichtigung von Verschiebungen des Fluides 30 für den Phasenwechsel sowie von Reibungen und Toträumen sind in den Tabellen nicht angeführt, weil diese zusätzlichen Arbeiten unter anderem von den eingesetzten Vorrichtungen und von der Prozessführung abhängen. Die Arbeit für die Verschiebung des Fluides 30 für den Phasenwechsel durch die Kolben der Zylinder 25, 27, 34 hängt unter anderem von der Geschwindigkeit der Verschiebung und von den Reibungen der Dichtungen der Kolben sowie von den Toträumen ab. Ferner ist vorgesehen, dass sich die Verschiebungen der einzelnen Kolben der Zylinder 25, 27, 34, zum Beispiel für die Bewegung des Fluides 30, möglichst weitgehend ausgleichen. Wenn ein Kolben für eine Verschiebung des Fluides 30 für den Phasenwechsel in einen Zylinder 25, 27, 34 eingefahren wird, um das Fluid 30 zu bewegen, wird ein anderer Kolben, der in einem anderen Zylinder 25, 27, 34 angeordnet ist, zeitgleich aus diesen Zylinder gefahren. An einem Kreislauf 24 mit dem Fluid 30 für den Phasenwechsel sind mehrere Zylinder 25, 27, 34 angeordnet, die über einen Wirkungsmechanismus miteinander verbunden sind. Bei der Nutzung der 3 wird berücksichtigt, dass die Verdampfungswärmemengen möglichst weitgehend erhöht werden, und das die Kondensationswärmemengen möglichst weitgehend verringert werden. Für den Umfang der enstehenden Verdampfungswärmemengen und Kondensationswärmemengen ist unter anderem das jeweilige Druckniveau entscheidend, welches bei der Verdampfung oder bei der Kondensation des Fluides vorliegt. Das jeweilige Druckniveau wird an die Erfordernisse für die Bedingungen zur Erzeugung der vorgesehenen Wärmemengen angepasst. Die dargestellten Verdampfungwärmemengen können sich unter anderem um die Wärmemengen erhöhen, die aufgebracht werden, um das Temperaturniveau eines Fluides für die Verdampfung über den dargestellten Temperaturniveau zur Verdampfung des Fluides zu erhöhen, zum Beispiel um eine schnellere Verdamfung des Fluides zu ermöglichen. Ferner können sich die dargestellten Kondensationswärmemengen unter anderem um die Wärmemengen erhöhen, die abgegeben werden, um das Temperaturniveau des Fluides für die Kondensation unter den dargestellten Temperaturniveau zur Kondensation des Fluides zu verringern, zum Beispiel um eine schnellere Kondensation des Fluides zu ermöglichen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vorgesehen ist, dass ein ausreichend großer Anteil des Fluides für einen ausreichend langen Zeitraum kondensiert. Aus diesem Grund kann zum Beispiel das Temperaturniveau für die Kondensation geringfügig niedriger sein. Wenn das Temperaturniveau für die Kondensation geringfügig niedriger ist, bedeutet dies, dass das Volumen nach der Kompression geringer ist. Wenn das Volumen des komprimierten Volumens geringer ist, erhöhen sich die Aufwendungen für die Arbeit des Kolbens und für die Verdrängung durch das Gas, das den Umgebungsdruck der Vorrichtung aufweist. Aus diesem Grund erhöhen sich die abgegebenen Wärmemengen. Weisen das Fluid und der Kolbenraum am Anfang der Kompression ein Temperaturniveau auf, das zu hoch für eine Kondensation des Fluides ist, wird das Gewicht des Kolbens und damit die aufgewendete Arbeit am Anfang der Kompression verringert, weil keine Kondensation des Fluides zu befürchten ist. Damit wird auch die Erzeugung von zusätzlicher Wärme vermindert. Die überschüssigen Wärmemengen werden erst abgeführt, bis das vorgegebene Temperaturniveau erreicht ist, bei dem eine Kondensation erfolgen soll. Für eine Kondensation des Fluides wird anschließend das Gewicht erhöht, damit bei dem vorgesehenen Druckniveau eine Kondensation des Fluides möglich ist. Die Ventile und/oder Schieber des Kolbenraums werden gegenüber dem Abschnitt für die Kondensation des Fluides geöffnet, wenn das Druckniveau auf das Druckniveau für die Kondensation des Fluides erhöht wurde. Die Öffnung erfolgt nicht zu einem früheren Zeitpunkt. Die anschließende Kompression des Fluides erfolgt annähernd isotherm und annähernd isobar. Ist das Temperaturniveau des Fluides am Anfang so niedrig, dass bei einer weiteren Erhöhung des Druckniveaus eine Kondensation des Fluides zu befürchten ist, bevor das festgelegte Druckniveau für die Kondensation erreicht wurde, werden die Bedingungen für die Kompression des Fluides geändert, damit eine vorzeitige Kondensation möglichst weitgehend vermieden wird. Dafür wird das Fluid vor der Kompression in einen Kolbenraum geleitet, der ein ausreichend hohes Temperaturniveau aufweist. Das Temperaturniveau des Kolbenraums ist so hoch, dass eine Kondensation vor dem Erreichen des dafür vorgesehenen Druckniveaus möglichst weitgehend vermieden wird. Das Temperaturniveau für die Verdampfung des Fluides kann geringfügig höher sein. Die Wärmemengen werden in dem Kolben für die anschließende Kompression des Fluides, wie oben dargestellt, wieder abgeführt. In dem Zylinder 25 für die adiabatische Kompression des überwiegend verdampften Fluides erfolgt bei der Kompression des Fluides im geschlossenen Zylinder keine Kondensation des komprimierten Fluides, weil entweder das Druckniveau zu niedrig ist, und/oder weil das Temperaturniveau des Fluides und/oder des Kolbenraums zu hoch ist. Im Zylinder 26 für die weitere Kompression des Fluides und/oder auf der linken Seite der 3 erfolgt die Kondensation des Fluides nur bei dem dafür vorgesehenen Druckniveau, damit die Kondensationswärmemenge möglichst klein ist. Im Zylinder 34 für die adiabatische Expansion des überwiegend kondensierten Fluides erfolgt bei der Expansion des Fluides im geschlossenen Zylinder keine Verdampfung des Fluides, weil das Druckniveau entweder zu dem jeweiligen Zeitpunkt der Expansion noch zu hoch ist, und/oder weil das Temperaturniveau des Fluides und/oder des Kolbenraums zu niedrig ist. Auf der rechten Seite der 3 erfolgt die Verdampfung des Fluides nur bei dem dafür vorgesehenen Druckniveau, damit die Verdampfungswärmemenge möglichst groß ist.

Im Folgenden werden mehrere Tabellen zur Veranschaulichung der Verfahren und Vorrichtungen der oben angeführten sowie der nachstehenden Fig. dargestellt. Unterhalb der Tabellen sind zusätzliche Erläuterungen angegeben. Tabelle 1 Übersicht zu den Fig.

Fig.	Stichwörter zur Beschreibung
Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3	Darstellung des Prinzips sowie der Verfahren und der Vorrichtungen zur Nutzung von thermischer Energie und zur Erzeugung und Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen unter Berücksichtigung des Carnot-Wirkungsgrades
Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6	Beschreibung einzelner Kolbenmaschinen, Nutzung dieser Fig. und/oder der Verfahren und/oder der Varianten und/oder der Kombinationen dieser Fig. für eine Annäherung an einen Carnot-Vergleichsprozess, Nutzung als Wärmekraftmaschinen für die Verwertung von Temperaturniveaudifferenzen und/oder als Kraft-Wärme-Maschinen für die Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen und/oder als Kompressionsmaschinen für die Kompression eines Fluides, welches von außen zugeführt wird, Einsatz unter anderem von Strömungshilfen 2a und/oder Isolationshilfen und/oder Fluidräumen 11a für ein Fluid zur Wärmeübertragung, welches mit einem angepassten Druckniveau an Wärmetauscherflächen geführt wird, und/oder eines Verdrängers 16a mit abtrennbaren Durchlässen und/oder weiteren Verdrängern innerhalb eines Verdrängers 16a und/oder abtrennbaren Wärmespeichern mit oder ohne weitere Verdränger und/oder abtrennbaren Wärmetauschern mit oder ohne weitere Verdränger

Tabelle 2 Übersicht zu den Tabellen (1. Seite)

Tabelle	Nr.	Stichwörter zur Beschreibung
1	T1	Übersicht zu den Figuren
2	T2	Übersicht zu den Tabellen (1. und 2. Seite)
3	T3	Übersicht zu den Möglichkeiten und Prinzipien zur Nutzung der Vorrichtungen und Verfahren (1. bis 4. Seite)
4	T4	Liste mit Fluiden für den Phasenwechsel, Darstellung der halben Carnot-Wirkungsgrade für die Differenzen zwischen dem Temperaturniveau bei der Verdampfung von Fluiden für den Phasenwechsel oder einem vergleichbaren Temperaturniveau und einem erhöhten Temperaturniveau oder einem möglichen Temperaturniveau der Umgebung von 20°C/293,15 K oder 0°C/273,15 K
5	T5	Darstellung der Verdampfungswärme und der Dichte der Gasphase und der flüssigen Phase der Fluide für den Phasenwechsel in Abhängigkeit von dem Temperaturniveau sowie dem Druckniveau, Zuordnung der Nummern zu dem jeweiligen Druckniveau und Temperaturniveau bzw. zu dem jeweiligen Zustand eines Fluides
6	T6	Darstellung der Änderung des Druckniveaus und des Temperaturniveaus der Fluide für den Phasenwechsel, Zuordnung der Nummern der Tabelle 5 zu den Änderungen des Druckniveaus und des Temperaturniveaus, Darstellung des erforderlichen zusätzlichen Gewichtes des Kolbens
7	T7	Fortsetzung der Tabelle 6, Darstellung des erforderlichen zusätzlichen Gewichtes des Kolbens und der Arbeit sowie des Gesamtdruckes einschließlich des Umgebungsdrucks für die Kompression und Verdrängung eines Kubikmeters Kolbenhubs des gasförmigen Fluides, Darstellung des Volumens des Fluides nach der Kompression und der dafür erforderlichen Kompressionsarbeit

Tabelle 2 Übersicht zu den Tabellen (2. Seite)

Tabelle	Nr.	Stichwörter zur Beschreibung
8	T8	Fortsetzung der Tabelle 6, 7, Darstellung des Gesamtdruckes einschließlich des Umgebungsdrucks für die Kompression des in der Tabelle 7 dargestellten Volumens des Fluides, Darstellung der Verdampfungswärme und der Kondensationswärme pro Kubikmeter Kolbenhub, Darstellung der Kondensationswärme einschließlich der Wärme aufgrund der erforderlichen Erhöhung des Druckniveaus des Fluides, Differenz zwischen der zugeführten und abgeleiteten Wärmemenge ohne Berücksichtigung des Temperaturniveaus
9	T9	Fortsetzung der Tabelle 6, 7, 8, Darstellung des halben Carnot-Wirkungsgrades für die Temperaturniveaudifferenz zwischen dem Temperaturniveau der Verdampfungswärme und dem Temperaturniveau der Kondensationswärme einschließlich der Wärme aufgrund der Erhöhung des Druckniveaus des Fluides, Darstellung des halben Carnot-Wirkungsgrades für die Temperaturniveaudifferenz zwischen dem Temperaturniveau der Verdampfungswärme und dem erhöhten Temperaturniveau oder dem Temperaturniveau der Umgebung, Darstellung der gewonnen Energie bzw. Arbeit aufgrund der erzeugten Wärmemengen
10, 11	T10, T11	Darstellung des Aufwandes bzw. der zugeführten Arbeit bis zum Erreichen des komprimierten Volumens der Tabelle 7 pro Kubikmeter Kolbenhub des Fluides, Darstellung der Abgabe bzw. der gewonnen Arbeit aufgrund der Nutzung der Temperaturniveaudifferenz zwischen dem Temperaturniveau der Verdampfungswärme und dem Temperaturniveau der Kondensationswärme einschließlich der Wärme aufgrund der Erhöhung des Druckniveaus des Fluides, Darstellung der Abgabe bzw. der gewonnen Arbeit aufgrund der Nutzung der Temperaturniveaudifferenz zwischen dem Temperaturniveau der Verdampfungswärme und dem erhöhten Temperaturniveau oder dem Temperaturniveau der Umgebung von 50°C/323,15 K

Tabelle 3 Möglichkeiten und Prinzipien zur Nutzung der Vorrichtungen und Verfahren (1. Seite)

Nr.	Stichwörter zur Beschreibung
1	Anpassung des Temperaturniveaus eines Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung während des Zeitraumes des Wärmeaustausches an das Temperaturniveau des Arbeitsfluid oder an ein anderes zu temperierendes Fluid durch eine Festlegung von geeigneten Mengenverhältnissen zum Zeitpunkt des Wärmeaustausches sowie einer ausreichenden Zeitdauer für den Vorgang des Wärmeaustausches
2	Möglichkeit einer Minimierung der Verluste bei einer Wärmeübertragung durch eine Anpassung des Temperaturniveaus und gegebenenfalls des Druckniveaus des Fluides zur Wärmeübertragung an das Temperaturniveau und gegebenenfalls an das Druckniveau des Arbeitsfluides oder an ein anderes zu temperierendes Fluid, die vor der Durchführung eines Wärmeaustausches erfolgt
3	Möglichkeit einer Wärmeübertragung zwischen den Fluiden im Gegenstromverfahren durch die Nutzung einer Wärmetauscherfläche, deren Größe für eine Vorrichtung und/oder für einen Prozessablauf festgelegt werden kann
4	Nutzung einer Wärmeübertragung, die möglichst weitgehend differenziert wird
5	Anpassung der Expansionsgeschwindigkeit des Arbeitsfluides an die Anwendungen, die mit der Kraftweiterleitung des Kolbens verbunden sind
6	Abbau einer möglichst geringen Temperaturniveaudifferenz eines zu temperierenden Fluides bei einer möglichst weitgehenden Anpassung des Temperaturniveaus des Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung, welches für eine Temperierung eingesetzt wird, weitere Nutzung des erhöhten Temperaturniveaus des Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung, welches für eine Temperierung genutzt wurde, zusätzlich Abbau und Nutzung zum Beispiel des erhöhten Tmperaturniveaus aufgrund von Reibungen und/oder Wärmeleitungen

Tabelle 3 Möglichkeiten und Prinzipien zur Nutzung der Vorrichtungen und Verfahren (2. Seite)

Nr.	Stichwörter zur Beschreibung
7	Minimierung der Reibungen zwischen den Kolben und den Seitenwänden der Zylinder aufgrund der Nutzung eines gemeinsamen weiteren Fluidraums in dem mehrere Kolbenmaschinen angeordnet werden und/oder der Anpassung des Druckniveaus und/oder der Höhe der Dichtungen, die sich zwischen den Kolben und den Zylinderwänden befinden, und/oder einer Veränderung der Einstellungen der Dichtungen in Abhängigkeit von den Bedingungen für den Einsatz
8	Minimierung des Totraums und/oder des Volumens des Arbeitsfluides 8a, welches nicht für eine vollständig Temperierung zur Verfügung steht, und/oder Verbesserung des internen Wärmeaustausches durch den Einsatz von Strömungshilfen 2a und/oder Isolationshilfen und/oder Fluidräumen 11a für ein Fluid zur Wärmeübertragung, welches mit einem angepassten Druckniveau an Wärmetauscherflächen geführt wird, und/oder Verdrängern 16a mit abtrennbaren Durchlässen und/oder weiteren Verdrängern innerhalb eines Verdrängers 16a und/oder abtrennbaren Wärmespeichern mit oder ohne weitere Verdränger und/oder abtrennbaren Wärmetauschern mit oder ohne weitere Verdränger und/oder verschiebbaren Begrenzungen des Kolbenraums und/oder Puffern
9	Unterteilung des Fluides zur Wärmeübertragung in mehrere Bereiche und/oder Ströme, die sich aufgrund eines anderen durchschnittlichen Temperaturniveaus voneinander unterscheiden
10	Weiterleitung und/oder Zwischenspeicherung dieser Ströme oder Bereiche des Fluides zur Wärmeübertragung für eine weitere Nutzung des Temperaturniveaus, Einsatz eines internen Zwischenspeichers bzw. Regenerators an der Stelle oder zusätzlich zu einer Weiterleitung und/oder Zwischenspeicherung dieser Ströme oder Bereiche des Fluides zur Wärmeübertragung

Tabelle 3 Möglichkeiten und Prinzipien zur Nutzung der Vorrichtungen und Verfahren (3. Seite)

Nr.	Stichwörter zur Beschreibung
11	Anpassung der Prozessabläufe an das jeweilige Prozessziel aufgrund von Konfigurations- und Einstellungsmöglichkeiten
12	Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen mit einer möglichst weitgehenden Erhöhung der Wärmemengen für die Verdampfung eines Fluides und mit einer möglichst weitgehenden Verringerung der Wärmemengen, die mit einer Kondensation des Fluides verbunden sind
13	Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen aufgrund der Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz, die innerhalb eines wärmeisolierten Fluidraums 8 erzeugt wird, der Vorrichtungen für die Regulierung der übertragenen Wärmemengen aufweist, und die mit einem Abbau von Wärmemengen aus dem wärmeisolierten Fluidraum 8 aufgrund der Abführung von Arbeit oder anderen Leistungen verbunden ist
14	Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen innerhalb eines wärmeisolierten Fluidraums 8, in dem das Temperaturniveau der eingesetzten Fluide, unter anderem der Fluide zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen, niedriger ist als das Temperaturniveau der Umgebung des wärmeisolierten Fluidraums 8, Einsatz von Fluiden oder Vorrichtungen zur Kühlung bzw. zur Verringerung des Temperaturniveaus der Fluide, die innerhalb des wärmeisolierten Fluidraums 8, unter anderem zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen, eingesetzt werden
15	Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz außerhalb des wärmeisolierten Fluidraums 8, Erzeugung dieser Temperaturniveaudifferenz aufgrund der ausgetauschten Wärmemengen zwischen dem wärmeisolierten Fluidraum 8 und der Umgebung des wärmeisolierten Fluidraums 8
16	Möglichkeit der Festlegung der Höhe der Temperaturniveaudifferenz, die innerhalb des wärmeisolierten Fluidraums 8 erzeugt wird und/oder der Höhe der Temperaturniveaudifferenz, die außerhalb des wärmeisolierten Fluidraums genutzt wird

Tabelle 3 Möglichkeiten und Prinzipien zur Nutzung der Vorrichtungen und Verfahren (4. Seite)

Nr.	Stichwörter zur Beschreibung
17	Möglichkeit der Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz in einem Kreislauf oder einem Kreislaufsystems, welches aus mehreren Kreisläufen besteht, wobei Wärmetauscher eingesetzt werden, die ein bestimmtes Volumen der eingesetzten Fluide im Gegenstromverfahren temperieren, und wobei jeder Kreislauf mindenstens einen Verdampfer sowie einen zusätzlichen Druckausgleichsraum, in dem zusätzliche Wärmetauscher angeordnet werden können, sowie mindestens einen Kolbenmotor oder eine andere Vorrichtung zur Nutzung der Expansion des Fluides aufweist. Ein Kolbenmotor kann mit der Fig. 4 vergleichbar sein, wenn vorgesehen ist, dass das Fluid vor oder während der Expansion im Kolbenraum temperiert wird. Die Expansion des Fluides kann u. a. aufgrund von Strömungshilfen und/oder von Strömen des Fluides zur Wärmeübertragung, die an das Arbeitsfluids angepasst sind, annähernd isotherm erfolgen oder die abgeleiteten Ströme oder Bereiche des Fluides zur Wärmeübertraung werden weiter genutzt.
18	Möglichkeit, dass das Arbeitsfluid des Kolbenraums bei jeder Stellung des Kolbens isochor oder annähernd isotherm oder annähernd isobar temperiert wird.

Tabelle 4 Fluide für den Phasenwechsel

Fluid		kritische Temperatur		kritischer Druck	Temperaturniveau zur Verdampfung	Carnot-Wirkungsgrad × 0,5, für 20°C/293,15 K	Carnot-Wirkungsgrad × 0,5, für 0°C/273,15 K
		[°C]	[K]	[bar]	[°C]	[%]	[%]
Methan	CH₄	–82,59	190,56	45,92	–84	18	15
Stickstoff	N₂	–146,96	126,19	33,96	–148	29	27
Neon	Ne	–228,75	44,40	27,30	–230	43	42

Tabelle 5 Dichte und Verdampfungswärme in Abhängigkeit von t und p

Fluid	Nummer, Zuordnung	Temperatur, t	Druck, p	Dichte, Flüssigphase	Dichte, Gasphase	Verdampfungswärme
	Nr.	[°C]	[bar]	[kg/m³]	[kg/m³]	[kJ/kg]
CH₄	I	–92,00	34,13	271	65	236
	II	–85,00	42,65	227	101	138
	III	–82,59	45,92	163	163	0

N₂	I	–155,00	22,88	546	109	102
	II	–148,00	32,30	421	210	46
	III	–146,96	33,96	313	313	0

Tabelle 6 Fluide für den Phasenwechsel, Änderung von p und t

Fluid	Nummer, Zuordnung	t, Min.	t, Max.	t, Differenz	p, Differenz	Gewicht bei 0,001 m² Fläche
	Nr.	[°C]	[°C]	[°C/K]	[bar]	[kg]
CH₄	I–II	–92,00	–85,00	–7,00	8,53	87
	I–III	–92,00	–82,59	–9,41	11,79	120

N₂	I–II	–155,00	–148,00	–7,00	9,42	96
	I–III	–155,00	–146,96	–8,04	11,08	113
	II–III	–148,00	–146,96	–1,04	1,66	17

Tabelle 7 Arbeit für den Phasenwechsel

Fluid	Nummer, Zuordnung	Gewicht bei 0,0001 m² Fläche	Hubarbeit, pro m³	Volumen, v, nach Kompression	Hubarbeit, für v	Arbeit mit Umgebungsdruck pro m³
	Nr.	[kg]	[kJ]	[m³]	[kJ]	[kJ]
CH₄	I–II	8,69	869	0,287	620	4265
	I–III	12,02	1202	0,400	721	4592

N₂	I–II	9,61	961	0,260	711	3230
	I–III	11,30	1130	0,349	736	3396
	II–III	1,69	169	0,670	56	3396

Tabelle 8 Entstehende Wärmemengen

Fluid	Nummer, Zuordnung	Arbeit mit Umgebungsdruck für v	Verdampfungswärme pro m³ Hub	Kondensationswärme pro m³ Hub	Wärme ab, pro m³ Hub	Differenz, Wärme ab, Wärme zu
	Nr.	[kJ]	[kJ]	[kJ]	[kJ]	[kJ]
CH₄	I–II	3041	15351	8981	12022	3329
	I–III	2753	15351	4491	7244	8107

N₂	I–II	2391	11132	5053	7444	3688
	I–III	2212	11132	2526	4738	6394
	II–III	1119	9714	2526	3645	6068

Tabelle 9 Carnot-Wirkungsgrad, umgesetzte Wärmemengen

Fluid	Nummer, Zuordnung	Carnot-Wirkungsgrad × 0,5	für Wärme ab, pro m³ Hub	Carnot-Wirkungsgrad × 0,5, für 50°C/323,15 K	für Differenz, Wärme ab, Wärme zu
	Nr.	[%]	[kJ]	[%]	[kJ]
CH₄	I–II	1,86	224	21,97	-
	I–III	2,47	179	21,97	-

N₂	I–II	2,80	208	31,72	-
	I–III	3,19	151	31,72	-
	II–III	0,41	15	30,64	1859

Tabelle 10 Aufwand und Abgabe

Fluid	Nummer, Zuordnung	Aufwand, Hubarbeit, für v	Abgabe pro m³ Hub	Abgabe Differenz, Wärme ab, Wärme zu
	Nr.	[kJ]	[kJ]	[kJ]
CH₄	I–II	620	224	-
	I–III	721	179	-

N₂	I–II	711	208	-
	I–III	736	151	-
	II–III	56	15	1859

Tabelle 11 Aufwand und Abgabe

Fluid	Nummer, Zuordnung	Aufwand, Hubarbeit, für v	Abgabe pro m³ Hub	Abgabe Differenz, Wärme ab, Wärme zu
	Nr.	[kJ]	[kJ]	[kJ]
CH₄	I–II	620	224	731
	I–III	721	179	1781

N₂	I-II	711	208	1170
	I–III	736	151	2028
	II–III	56	15	1859

Die Tabelle 1 zeigt eine Übersicht zu den dargestellten Figuren. Die Fig. sind in zwei Gruppen unterteilt. Zu jeder Gruppe sind Stichwörter für die Beschreibung angeführt. Die Fig. der ersten Gruppe, die die 1, 2, 3 umfasst, erläutern ein Prinzip zur Schaffung und Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen unter Berücksichtigung des Carnot-Wirkungsgrades sowie die dazugehörigen Verfahren und Vorrichtungen. Die Fig. der zweiten Gruppe, die die 4, 5, 6 umfasst, beschreiben einzelne Kolbenmaschine und die Verfahren zur Nutzung dieser Maschinen. Die Nutzung dieser Fig. und/oder der Verfahren und/oder der Varianten und/oder der Kombinationen dieser Fig. ermöglicht eine Annäherung an einen Carnot-Vergleichsprozess. Die Maschinen können als Wärmekraftmaschinen für die Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen und/oder als Kraft-Wärme-Maschinen für die Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen und/oder als Kompressionsmaschinen für die Kompression eines Fluides, welches von außen zugeführt wird, eingesetzt werden. Die Bezeichnungen in den Erläuterungen sind den jeweiligen Fig. zugeordnet.
Die Tabelle 2 zeigt eine Übersicht zu den angeführten Tabellen. Zu jeder Tabelle 1 bis 11 sind Stichwörter für die Beschreibung angegeben. Jeder Tabelle ist eine Nummer zugeordnet.
Die Tabelle 3 zeigt eine Übersicht zu den Möglichkeiten und Prinzipien für die Nutzung der jeweiligen Vorrichtungen und Verfahren der 1, 2, 3, 4, 5, 6. Die Stichwörter für die Beschreibung sind in 16 verschiedene Erläuterungen unterteilt. Bezugszeichen beziehen sich auf die jeweilige Fig.
Die Tabelle 4 zeigt eine Auflistung von verschiedenen Fluiden für den Phasenwechsel. Als Fluide für den Phasenwechsel werden Methan, Stickstoff und Neon dargestellt. Ferner wird das kritische Temperaturniveau und das kritische Druckniveau dieser Fluide angegeben. Die angegebenen Temperaturniveaus, bei dem die einzelnen Fluide verdampfen, sind niedriger als die angeführten kritischen Temperaturniveaus der Fluide. Zur Veranschaulichung sind Temperaturniveaus zur Verdampfung der Fluide angeführt. Das Temperaturniveau zur Verdampfung des jeweiligen Fluides kann unterschiedlich sein. Es ist unter anderem von der Prozessführung abhängig. In den folgenden Tabellen werden weitere Werte für die Fluide Methan und Stickstoff dargestellt. Das Fluid Neon ist beispielhaft für ein niedrigeres Temperaturniveau zur Verdampfung eines Fluides für den Phasenwechsel angeführt. Mit dem Temperaturniveau zur Verdampfung des jeweiligen Fluides für den Phasenwechsel wird ein Fluid zur Wärmeübertragung temperiert. Das Fluid zur Wärmeübertragung weist nach der Temperierung aufgrund der Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel ein Temperaturniveau auf, welches dem Temperaturniveau der Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel entspricht oder welches höher ist. Mit dem verringerten Temperaturniveau kann dieses Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung in eine Vorrichtung zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen eingeleitet werden. In der Vorrichtung zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen wird die Differenz zwischen dem verringerten Temperaturniveau dieses Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung und dem Temperaturniveau eines anderen Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung genutzt. Das Temperaturniveau des anderen Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung beträgt 20°C/293,15 K oder 0°C/273,15 K. Dieses Temperaturniveau kann ein erhöhtes Temperaturniveau des anderen Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung sein, das in dieser Vorrichtung genutzt wird, oder es handelt sich um das Temperaturniveau der Umgebung der Vorrichtung. Aufgrund der Differenz zwischen dem Temperaturniveau des Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung, welches das Temperaturniveau zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel oder ein vergleichbares Temperaturniveau aufweist, und dem Temperaturniveau von 20°C/293,15 K oder 0°C/273,15 K des anderen Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung, ergibt sich die Temperaturniveaudifferenz zur Berechnung eines Wirkungsgrades, der einen Vergleich mit einen Arbeitsgewinn ermöglicht, der unter den bisherigen Voraussetzungen erzielt werden kann. Der theoretisch maximale Wirkungsgrad für eine Wärmekraftmaschine ist der Carnot-Wirkungsgrad. Dieser rechnet sich aus der Differenz der höchsten Temperatur zur niedrigsten Temperatur durch die höchste Temperatur. In der Tabelle 4 ist der halbe Carnot-Wirkungsgrad für eine Temperaturniveaudifferenz angegeben, die sich aus dem Temperaturniveau zur Verdampfung des jeweiligen Fluides oder einem vergleichbaren Temperaturniveau und dem Temperaturniveau von 20°C/293,15 K oder 0°C/273,15 K ergibt. Der halbe Carnot-Wirkungsgrad ist zur Veranschaulichung dargestellt, weil dieser als Vergleichsmaßstab für reale Maschinen genutzt wird. Der reale Wirkungsgrad, mit dem ein Arbeitsgewinn bzw. die Umwandlung in eine höherwertige Energieform möglich ist, kann niedriger oder höher sein. Der Wirkungsgrad ist von mehreren Faktoren abhängig, unter anderem zum Beispiel von der Prozessführung und von den genutzten Vorrichtungen. In der Tabelle 4 ist ein Temperaturniveau von 0°C/273,15 K und ein Temperaturniveau von 20°C/293,15 K angegeben. Es handelt sich um die Temperaturniveaus der Umgebung der Vorrichtung oder um erhöhte Temperaturniveaus eines Fluides zur Wärmeübertragung. Der halbe Carnot-Wirkungsgrad zwischen einem Temperaturniveau von 0°C/273,15 K und einem Temperaturniveau von 20°C/293,15 K beträgt 3,41%. Eine mögliche Nutzung dieser Temperaturniveaudifferenz ist mit einem niedrigen Wirkungsgrad verbunden.
In den angeführten Patentschriften sind weitere Fluide aufgelistet, die unter bestimmten Bedingungen für einen Phasenwechsel genutzt werden könnten. Außerdem erfolgt in den Schriften die Angabe von Temperaturniveaus und Druckniveaus in Bezug auf die Fluide, die für einen Phasenwechsel verwendet werden. Zudem werden weitere Tabellen und Diagramme dargestellt, die zur Veranschaulichung genutzt werden können. Die Tabellen und Diagramme sowie die Erläuterungen der folgenden Patentschriften beschreiben nicht nur den Stand der Technik, sie veranschaulichen und ergänzen auch die Tabellen und Darstellungen zu den 1 bis 6. Außerdem können die Fig. oder Bestandteile der Fig. der Veröffentlichungen gegebenenfalls mit Bestandteilen der 1 bis 6 kombiniert werden, um dass jeweilige Prozessziel zu erreichen. Für eine weitere Betrachtung können zusätzliche Schriften verwendet werden. Insbeondere besteht die Möglichkeit, dass die folgende Tabellen und Diagramme berücksichtigt werden. Die Patentschrift DE 60 2004 008 461 T2 zeigt in der Tabelle 1 die Siedetemperatur mehrerer als Kühlfluide verwendbarer Stoffe bei unterschiedlichen Drücken. In der Tabelle 5 sind die physikalischen Eigenschaften von unterschiedlichen als Kühlfluide verwendbarer Stoffe angeführt, die als Klassifizierungsparameter der Fluide in dieser Tabelle dienen. Mit der 3 dieser Patentschrift wird ein thermodynamisches Diagramm, ein Temperatur/Entropie-Diagramm, von Stickstoff dargestellt. Mit der 7 wird ein thermodynamischen Zyklus, ein Temperatur/Entropie-Diagramm, den das jeweilige Kühlfluid in der Kühlmaschine durchlaufen kann, beschrieben, und mit der 8 wird ein thermodynamisches Diagramm, ein Temperatur/Entropie-Diagramm, erläutert, dass die Temperatur- und Druckbedingungen in drei aufeinander folgenden Stufen einer Kühlmaschine verdeutlicht. Das Dokument DE 600 17 824 T2 zeigt mit der 5 und der 6 die Druck/Enthalpie-Diagramme für einen transkritischen Kohlendioxid-Kreisprozess und mit den Tabellen 1 und 2 die Bedingungen bezüglich Druck, Temperatur und Enthalpie an jedem der Punkte im Kreisprozess. Die Patentschrift DE 10 2007 062 580 A1 zeigt mit der 1 ein Druck/Enthalpie-Diagramm von drei Clausius-Rankine-Kreisprozessen mit jeweils unterschiedlichen oberen Prozessdrücken. Das Veröffentlichung DE 28 06 843 A1 zeigt mit der 5 und der 6 das thermodynamische Verhalten von Kältemaschinen in Temperatur/Entropie-Diagrammen. Die Schrift DE 10 2005 054 155 A1 zeigt mit der 3 (bzw. der 4) und der 4 (bzw. der 5) je ein Temperatur/Enthalpie- und Enthalpie/Entropie-Diagramm für den zugrunde liegenden Clausius-Rankine-Prozess. Die oben angeführten Beschreibungen und Fig. wurden den jeweils angeführten Patentschriften entnommen. Sie stehen nicht in einem direkten Zusammenhang mit den Erläuterungen zu den Tabellen 1 bis 11 und den 1 bis 6.
Die Tabelle 5 zeigt die Dichte der Gasphase und die Dichte der flüssigen Phase sowie die Verdampfungswärme der Fluide Methan und Stickstoff in Abhängigkeit von einem bestimmten Temperaturniveau und Druckniveau. Die Fluide weisen für einen Zustand das angegebene Temperaturniveau und das angeführte Druckniveau auf. Den verschiedenen Zuständen der Fluide ist eine Nummer zugeordnet. Die Nummern sind in der zweite Spalte der Tabelle 5 vermerkt. In den folgenden Tabellen werden diese Nummern in den zweiten Spalten der Tabellen angegeben. Aufgrund der angegebenen Nummern kann in den folgenden Tabellen das Temperaturniveau, das Druckniveau sowie die Dichte für einen Anfangszustand und für einen Endzustand eines Fluides ermittelt werden. Die Angaben dieser Tabelle, wie zum Beispiel das Temperaturniveau und das Druckniveau, sowie die Werte der folgenden Tabellen sind zur Veranschaulichung des Prinzips dargestellt. Einzelne Werte dieser Tabelle sowie die Werte der folgenden Tabellen sind in Abhängigkeit von der Umsetzung der Verfahren zu ändern oder es sind Werte zu ermitteln, die zwischen den aufgelisteten Werten liegen.
Die Tabelle 6 zeigt die Änderung des Zustandes des jeweiligen Fluides. Das Fluid wechselt von einem Zustand in den anderen Zustand. In der Tabelle 5 sind die verschiedenen Zustände aufgelistet. In zweiten Spalte dieser Tabelle 6 wird dem Anfangszustand und dem Endzustand des Fluides jeweils eine Nummer der Tabelle 5 zugeordnet. Dies wird in den folgenden Tabellen fortgeführt. In der Tabelle 6 sind die niedrigsten und die höchsten Temperaturniveaus aufgelistet. Außerdem werden die Temperaturniveaudifferenzen und die Druckniveaudifferenzen zwischen den jeweiligen Zuständen der Fluide angegeben. In der letzten Spalte ist das Gewicht des Kolbens aufgeführt. Das Gewicht ergibt sich aus der Kolbenfläche und dem Druckniveauunterschied. Mit diesem Gewicht drückt der Kolben zusätzlich zu dem Umgebungsdruck auf das Fluid für den Phasenwechsel. Der Umgebungsdruck kann zum Beispiel das Druckniveau sein, den das Fluid eines gemeinsamen weiteren Fluidraums aufweist. Der Kolben mit dem zusätzlichen Gewicht komprimiert das Fluid für den Phasenwechsel. Aus diesem Grund erfolgt die Änderung des Zustandes des Fluides. Nach der Kompression und Verschiebung des Fluides ist Arbeit erforderlich, um das Gewicht des Kolbens wieder anzuheben.
Die Tabelle 7 zeigt das Gewicht des Kolbens und die erforderliche Arbeit für die Kompression und Verschiebung des gesamten Volumens des Fluides für den Phasenwechsel. Dabei wird die Arbeit ohne und mit Berücksichtigung des Druckniveaus der Umgebung dargestellt. Außerdem wird die Arbeit für die Kompression des angegebenen Volumens aufgeführt. In der dritten Spalte ist das Gewicht des Kolbens vermerkt. Das Gewicht ergibt sich aus der Kolbenfläche und dem Druckniveauunterschied. Mit diesem Gewicht drückt der Kolben zusätzlich zu dem Umgebungsdruck auf das Fluid für den Phasenwechsel. Der Kolben wird bei der Komprimierung und Verschiebung des Fluides bis zu der untersten Position des Zylinders gefahren. Dabei wird das gesamte Volumen des Fluides komprimiert und verschoben. Die Strecklänge für die Verschiebung des Kolbens innerhalb des Zylinders beträgt einen Meter. Mehrere Kolbenräume, die nacheinander oder parallel eingesetzt werden, weisen insgesamt einen Kolbenraum mit einem Volumen von einem Kubikmeter auf. Für das Volumen des Fluides für den Phasenwechsel von einem Kubikmeter ergeben sich die aufgelisteten Werte für die Arbeit. Nach der Kompression und Verschiebung des Fluides ist Arbeit erforderlich, um die zusätzlichen Gewichte der Kolben wieder anzuheben. Außerdem sind die Volumen der Fluide nach der Kompression angeführt. In der sechsten Spalte ist die Arbeit dargestellt, die für die Kompression des Fluides bis zu diesen Volumen erforderlich ist. Die Arbeit ergibt sich aus der gesamten Arbeit für die Kompression und Verschiebung von einem Kubikmeter des Fluides und der Berücksichtigung des Volumens, welches nach der Kompression verbleibt. Die Arbeit für die Kompression ist erforderlich, bis bei der Kompression des Fluides mit einem Volumen von einem Kubikmeter das angeführte Volumen des jeweiligen Fluides erreicht ist. In Abhängigkeit von der Prozessführung kann das Gewicht am Anfang einer Kompression kleiner sein, wenn das Temperaturniveau im Kolbenraum so hoch ist, dass keine Kondensation des Fluides erfolgt. Der Arbeitaufwand ist dann geringer. Für die Kompression des Fluides ist die Arbeit für das Zurückfahren der Gewichte der Kolben erforderlich. Aus diesem Grund erfolgt kein Vergleich mit einem Carnot-Wirkungsgrad oder einen anderen Prozess. In der letzten Spalte ist die Arbeit angeführt, die unter Berücksichtigung des Umgebungsdrucks aufgewendet wird. Zu dem Druckniveau vor der Komprimierung wird die Druckniveaudifferenz addiert. Die Arbeit wird aufgewendet, wenn das Volumen von einem Kubikmeter des Fluides komprimiert und verschoben wird. Die Arbeit ergibt sich aus dem absoluten Druckniveau nach der Komprimierung des Fluides und dem Volumen von einem Kubikmeter des Fluides. Mit diesen Werten wird die maximale Arbeit mit der Berücksichtigung des Umgebungsdrucks und die maximale zusätzliche Wärmemenge aufgrund der Kompression dargestellt.
Für eine Veranschaulichung wird im folgenden auf Zusammenhänge hingewiesen, die mit der 3 erläutert werden. Bei der Betrachtung der Werte ist zu berücksichtigen, dass vorgesehen ist, dass ein ausreichend großer Anteil des Fluides für einen ausreichend langen Zeitraum kondensiert. Aus diesem Grund kann zum Beispiel das Temperaturniveau für die Kondensation geringfügig niedriger sein. Wenn das Temperaturniveau für die Kondensation geringfügig niedriger ist, bedeutet dies, dass das Volumen nach der Kompression geringer ist. Wenn das Volumen des komprimierten Volumens geringer ist, erhöhen sich die Aufwendungen für die Arbeit des Kolbens und für die Verdrängung des Gases, das den Umgebungsdruck der Vorrichtung aufweist. Aus diesem Grund erhöhen sich die abgegebenen Wärmemengen. Weisen das Fluid und der Kolbenraum am Anfang der Kompression ein Temperaturniveau auf, das zu hoch für eine Kondensation des Fluides ist, wird das Gewicht des Kolbens und damit die aufgewendete Arbeit am Anfang der Kompression verringert, weil keine Kondensation des Fluides zu befürchten ist. Damit wird auch die Erzeugung von zusätzlicher Wärme vermindert. Die überschüssigen Wärmemengen werden erst abgeführt, bis das vorgegebene Temperaturniveau erreicht ist, bei dem eine Kondensation erfolgen soll. Für eine Kondensation des Fluides wird anschließend das Gewicht erhöht, damit bei dem vorgesehenen Druckniveau eine Kondensation des Fluides möglich ist. Die Ventile und/oder Schieber des Kolbenraums werden gegenüber dem Abschnitt für die Kondensation des Fluides geöffnet, wenn das Druckniveau auf das Druckniveau für die Kondensation des Fluides erhöht wurde. Die Öffnung erfolgt nicht zu einem früheren Zeitpunkt. Die anschließende Kompression des Fluides erfolgt annähernd isotherm und annähernd isobar. Ist das Temperaturniveau des Fluides am Anfang so niedrig, dass bei einer weiteren Erhöhung des Druckniveaus eine Kondensation des Fluides zu befürchten ist, bevor das festgelegte Druckniveau für die Kondensation erreicht wurde, werden die Bedingungen für die Kompression des Fluides geändert, damit eine vorzeitige Kondensation möglichst weitgehend vermieden wird. Dafür wird das Fluid vor der Kompression in einen Kolbenraum geleitet, der ein ausreichend hohes Temperaturniveau aufweist. Das Temperaturniveau des Kolbenraums ist so hoch, dass eine Kondensation vor dem Erreichen des dafür vorgesehenen Druckniveaus möglichst weitgehend vermieden wird. Das Temperaturniveau für die Verdampfung des Fluides kann geringfügig höher sein. Die Wärmemengen werden in dem Kolben für die anschließende Kompression des Fluides, wie oben dargestellt, wieder abgeführt. Die angeführten Arbeiten für die Bewegung des Kolbens und die Verdrängungsarbeiten des Gases in der Umgebung der Vorrichtung werden als Grundlage für die Betrachtung der erzeugten Wärmemengen verwendet. Es wird vorausgesetzt, dass die Wärmemengen, die erzeugt werden, nur so groß sein können, wie der Arbeitaufwand, der für die Erzeugung der Wärme zugeführt wird, unabhängig von dem jeweiligen Temperaturniveau der erzeugten Wärmemengen. Daher, die zugeführte Arbeit erhöht nur das Temperaturniveau der Wärmemengen, es wird nicht mehr Arbeit oder Wärme erzeugt, als aufgewendet wird, wenn u. a. kein Phasenwechsel vorliegt bzw. keine Kondensationswärme oder Verdampfungswärme entsteht. Ist diese Voraussetzung nicht gegeben, und die erzeugten Wärmemengen sind größer als die zugeführte Arbeit, müssen die Werte korrigiert werden. Wenn die Wärmemengen, die nicht aufgrund eines Phasenwechsels entstehen, größer sind als die zugeführte Arbeit, würde mehr Energie von der Vorrichtung abgegeben als aufgenommen wird. In diesem Fall liegt eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie vor. Davon wird im Weiteren nicht ausgegangen. Der Aufwand für die Bewegung des Kolbens oder für die Arbeit einer anderen Vorrichtung zur Schaffung der Temperaturniveaudifferenz sowie für die Bewegung weiterer Bestandteile der Vorrichtung kann größer sein, als der dargestellte Aufwand für die Erzeugung der Druckniveaudifferenz, dies ist nicht wesentlich, wenn die dabei entstehende Wärme nicht innerhalb des wärmeisolierten Raums entsteht, und nicht zu den erzeugten Wärmemengen gezählt werden muss.
Die Tabelle 8 zeigt die entstehenden Wärmemengen bei einer Zustandsänderung der Fluide. In der dritten Spalte ist die Arbeit angeführt, die unter Berücksichtigung des Umgebungsdrucks für die Kompression des jeweiligen Fluides bis zu dem Volumen aufgewendet wird, welches in der Tabelle 7 angegeben ist. Die Arbeit ergibt sich aus der gesamten Arbeit für die Kompression und Verschiebung von einem Kubikmeter des Fluides einschließlich der Verschiebearbeit des Fluides der Umgebung aufgrund der Volumenverkleinerung und der Berücksichtigung des Volumens, welches nach der Kompression verbleibt. Die Arbeit für die Kompression ist erforderlich, bis bei der Kompression des Fluides mit einem Volumen von einem Kubikmeter das in der Tabelle 7 angeführte Volumen des jeweiligen Fluides erreicht ist. Aufgrund der Volumenänderung wird die Verschiebearbeit des Fluides der Umgebung zu der Arbeit addiert, die für die Kompression des Fluides erforderlich ist. Diese Arbeit wird für die Entstehung der Wärmmengen berücksichtigt wird, die aufgrund der Kompression des jeweiligen Fluides bis zu dem Volumen erzeugt wird, welches in der Tabelle 7 angeführt ist. Die entstehende Wärmemengen aufgrund der Kompression des Fluides kann nicht höher sein als das Produkt aus dem gesamten bzw. dem absoluten Druckniveau des Fluides nach der Kompression und der Volumenverkleinerung. Diese Wärmemengen sind in dritten Spalte der Tabelle 7 vermerkt. In der vierten Spalte der Tabelle 8 sind die Verdampfungswärmemengen für verschiedene Zustandsänderungen und für ein Volumen von einem Kubikmeter des Fluides aufgelistet. Die fünfte Spalte zeigt die Kondensationswärmemengen für verschiedene Zustandsänderungen und für ein Volumen von einem Kubikmeter des Fluides. Die Kondensationswärmemengen bei den Zustandsänderungen mit der Zuordnungsnummer III sind gleich Null. Bei der Betrachtung der Werte ist zu berücksichtigen, dass vorgesehen ist, dass ein ausreichend großer Anteil des Fluides für einen ausreichend langen Zeitraum kondensiert. Aus diesem Grund werden bei der Auflistung der Kondensationswärmemengen mit der Zuordnungsnummer III Werte angeführt, die für einen entsprechend modifizierten Prozessablauf angegeben werden. Die Angabe dieser Werte erfolgt aufgrund einer Einschätzung des Prozessablaufes. Der Wert für diese Kondensationswärmemengen kann, unter anderem in Abhängigkeit von der Prozessführung, höher oder niedriger sein. In der sechsten Spalte sind die Wärmemengen angeführt, die bei einer Zustandsänderung der Fluide maximal abgeführt werden, wenn die entstehende Wärme aufgrund der Kompression eines Fluides mit Berücksichtigung der Verschiebearbeit des Fluides der Umgebung und die Kondensationswärmemenge addiert werden. Die Wärmemengen werden für ein Volumen von einem Kubikmeter des Fluides angegeben. Bei einer Verschiebung der Bestandteile einer Vorrichtung und des Fluides entstehen Reibungen. Aufgrund der Reibungen werden zusätzliche Wärmemengen erzeugt. Die Reibungen sind unter anderem von den eingesetzten Vorrichtungen und von der Prozessführung abhängig. Zudem werden die Wärmemengen, die aufgrund der adiabatischen Expansion des Fluides für den Phasenwechsel abgeführt werden, nicht angegeben. Außerdem wird die Arbeit, die aufgrund der möglichen Nutzung der Temperaturniveaudifferenzen zwischen dem Temperaturniveau zur Verdampfung des Fluides und dem Temperaturniveau zur Kondensation des Fluides abgegeben wird, nicht mit den entstehenden Wärmemengen verrechnet. Aus diesen Gründen werden die zusätzlichen Wärmemengen in der Tabelle nicht angeführt. Bei den Werten der sechsten Spalte der Tabelle 8 werden die entstehende Wärme aufgrund der Kompression des Fluides mit Berücksichtigung der Verschiebearbeit des Fluides der Umgebung und die Kondensationswärmemenge addiert. Die Summe dieser Wärmemengen wird von der Wärmemenge für die Verdampfung des Fluides abgezogen. Daraus ergibt sich die Auflistung der letzten Spalte. In dieser Spalte sind die Differenzen zwischen den abgegebenen Wärmemengen und den aufgenommenen Wärmemengen angeführt, ohne dass die Temperaturniveaus berücksichtigt werden, mit denen diese Wärmemengen abgegebenen oder aufgenommen werden. Bei der Betrachtung der Werte ist zu berücksichtigen, dass vorgesehen ist, dass ein ausreichend großer Anteil des Fluides für einen ausreichend langen Zeitraum kondensiert. Aus diesem Grund ist das Volumen, welches in der Tabelle 7 mit der Zuordnungsnummer III angegeben ist, nach der Kompression geringer und das erforderliche Druckniveau ist entsprechend niedriger. Mit der Änderung dieser Werte vergrößern sich die Aufwendungen für die Arbeit sowie die Wärmemengen, die aufgrund der Kompression des Fluides erzeugt werden.
Die Tabelle 9 zeigt eine Auflistung der halben Carnot-Wirkungsgrade für verschiedene Temperaturniveaudifferenzen und die Arbeit, die maximal unter Berücksichtigung dieser Wirkungsgrade abgegeben werden kann. In der dritten Spalte ist für die Zustandsänderung des jeweiligen Fluides der halben Carnot-Wirkungsgrad angeführt, der aus der erzeugten Temperaturniveaudifferenz abgeleitet wird. Die Temperaturniveaudifferenz ergibt sich aus dem Unterschied zwischen dem Temperaturniveau zur Verdampfung des Fluides und dem Temperaturniveau zur Kondensation des Fluides. Die folgende Spalte stellt die maximal abgegebene Arbeit dar, wenn die Wärmemenge, die in der sechsten Spalte der Tabelle 8 angegeben ist, mit dem halben Carnot-Wirkungsgrad multipliziert wird. In der fünften Spalte ist der halben Carnot-Wirkungsgrad angeführt, der sich aus der Temperaturniveaudifferenz zwischen dem Temperaturniveau zur Verdampfung des Fluides oder einem vergleichbaren Temperaturniveau und dem erhöhten Temperaturniveau von 50°C/323,15 K oder dem Temperaturniveau der Umgebung von 50°C/323,15 K ergibt. Die sechste Spalte stellt die maximal abgegebene Arbeit dar, wenn die Wärmemenge, die in der letzten Spalte der Tabelle 8 angegeben ist, mit dem halben Carnot-Wirkungsgrad multipliziert wird. Um den gesamten Arbeitsgewinn zu ermitteln, wird die abgeführte Arbeit, die in der sechste Spalte angegeben ist, mit der abgegebenen Arbeit, die in der vierten Spalte vermerkt ist, addiert, wenn für den Kreislauf einer Vorrichtung beide Temperaturniveaudifferenzen genutzt werden, und die Arbeiten der vierten Spalte und der sechsten Spalte abgeführt werden. Die noch nicht ausgefüllten Zellen der Tabelle verdeutlichen, dass die Werte der letzten Spalte der Tabelle 9 ergänzt oder geändert werden können. Diese Werte werden mit der Tabelle 11 in der letzten Spalte dargestellt. Mehrere Kreisläufe können ineinander und/oder übereinander angeordnet werden, wenn durch diese Anordnung eine Vergrößerung der Verdampfungswärmemenge erfolgt, die von der gesamten Vorrichtung abgegeben wird. Bei dem Einsatz von mehreren Kreisläufen werden die Differenzen der verschiedenen Kreisläufe addiert, um die Verdampfungswärme der gesamten Vorrichtung zu ermitteln.
Die Tabelle 10 zeigt einen Überblick zu den Arbeitsaufwendungen und den Arbeitsabgaben. In der dritten Spalte wird die Arbeit angegeben, die bei der Absenkung des zusätzlichen Gewichtes des Kolbens umgesetzt wird bzw. die bei der darauffolgenden Anhebung des Gewichtes des Kolbens aufgewandt werden muss. Bei einer entsprechenden Auslegung der Vorrichtung zur Anhebung der Gewichte der Kolben können die Verluste, die mit der Anhebung des zusätzlichen Gewichst verbunden sind, minimiert werden und/oder die Komprimierung des Fluides wird für die jeweilige Prozessführung optimiert. Deshalb werden diese Verluste in der Tabelle nicht zu den Aufwendungen für die Anhebung des Gewichts addiert. Wenn die aufgelisteten Wärmemengen der sechste Spalte der Tabelle 8 mit dem halben Carnot-Wirkungsgrad multipliziert werden, ergibt sich maximal die Arbeit, die in der vierten Spalte dieser Tabelle dargestellt wird. Die fünfte Spalte stellt die maximal abgegebene Arbeit dar, wenn die Wärmemengen, die in der letzten Spalte der Tabelle 8 angegeben sind, mit dem halben Carnot-Wirkungsgrad multipliziert werden. Die noch nicht ausgefüllten Zellen der Tabelle 10 verdeutlichen, dass die Werte der letzten Spalte der Tabelle 10 ergänzt oder geändert werden können. Die fehlenden Werte werden mit der letzten Spalte der Tabelle 11 dargestellt. Sie wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht mit aufgeführt. Um die gesamte abgegebene Arbeit zu ermitteln, wird die abgeführte Arbeit, die in der vierten Spalte angegeben ist, mit der abgegebenen Arbeit, die in der letzte Spalte vermerkt ist, addiert, wenn in einer Vorrichtung beide Temperaturniveaudifferenzen genutzt werden, und die Arbeiten der vierten Spalte und der letzten Spalte abgeführt werden. Von der gesamten abgegebenen Arbeit wird die Arbeit abgezogen, die in der dritten Spalte angegeben ist, und die für die Anhebung des Gewichtes des Kolbens aufgewandt werden muss. Zu der Arbeit für die Anhebung des Gewichtes des Kolbens können die Verluste der jeweiligen Prozessführung addiert werden. Durch den Abzug der aufgewendeten Arbeit von der abgegebenen Arbeit wird der Arbeitsgewinn ermittelt. Bei der Betrachtung der Werte der Tabelle wird ersichtlich, dass bei einer entsprechenden Prozessführung die Erzielung eines Arbeitsgewinnes möglich ist. Ferner wird deutlich, dass auch bei einer Abänderung einzelner Werte oder Teilschritte des Verfahren die Erzielung eines Arbeitsgewinnes wahrscheinlich ist.
Der Arbeitsgewinn wird erhöht, wenn die Temperaturniveaudifferenz zwischen dem Temperaturniveau zur Verdampfung des Fluides oder einem vergleichbaren Temperaturniveau und dem erhöhten Temperaturniveau oder dem Temperaturniveau, welches außerhalb des wärmeisolierten Fluidraums, in der Umgebung der wärmeisolierten Fluidraums vorliegt, vergrößert wird. Der Wirkungsgrad, der in der fünften Spalte der Tabelle 9 angegeben ist, erhöht sich durch eine Vergrößerung dieser Temperaturniveaudifferenz. Die Temperaturniveaudifferenz kann durch eine Verringerung des Temperaturniveaus zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel vergrößert werden, zum Beispiel durch die Verwendung eines anderen Fluides für den Phasenwechsel. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass das maximale Temperaturniveau erhöht wird, welches außerhalb des wärmeisolierten Fluidraums, in dem die Temperaturniveaudifferenz erzeugt wird, vorliegt. Zum Beispiel kann das jeweilige Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, welches das maximale Temperaturniveau aufweist, 50°C/323,15 K, mit einem höheren Temperaturniveau eingesetzt werden, falls dies erforderlich ist. Außerdem kann der Aufwand für die Hubarbeit, der in der dritten Spalte der Tabelle 10 angegeben ist, entsprechend den Einstellungen festgelegt werden. Der Arbeitsgewinn wird nicht erhöht, wenn mehrere Kreisläufe ineinander und/oder hintereinander angeordnet werden, weil durch diese Anordnung eine Vergrößerung der Verdampfungswärmemenge erfolgt. Für die Erzeugung aller Temperaturniveaudifferenzen, die in jedem Kreislauf vorliegen, muss Arbeit aufgewendet werden.
Die Tabelle 11 listet in der letzten Spalte die Werte auf, die in den letzten Spalten der Tabellen 9 und 10 nicht angeführt sind. In einem wärmeisolierten Fluidraum wird eine Temperaturniveaudifferenz erzeugt. Bei der Erzeugung dieser Temperaturniveaudifferenz, die in der fünften Spalte der Tabelle 6 dargestellt wird, wird die Wärmemenge zugeführt, die in der Tabelle 8 in der vierten Spalte vermerkt ist. Außerdem wird die Wärmemenge abgegeben, die in der sechsten Spalte der Tabelle 8 aufgelistet ist. Die Differenz aus der zugeführten Wärmemenge und der abgegebenen Wärmemenge ist in der Tabelle 8 in der letzten Spalte angeführt. Das jeweilige Temperaturniveau bei dem die verschiedenen Wärmemengen entstehen, wird dabei nicht berücksichtigt, weil das Verhältnis zwischen der zugeführten Wärmemenge und der abgegebenen Wärmemenge von Bedeutung ist. Die Wärmemenge, die in dem Bereich mit einem höhreren Temperaturniveau abgeführt wird, wird nicht aus dem wärmeisolierten Raum in einen anderen Raum übertragen, sondern durch die Wärmemenge kompensiert bzw. ausgeglichen, die in dem Bereich mit einem niedrigeren Temperaturniveau zugeführt werden muss. In dem wärmeisolierten Raum wird nur eine bestimmte Wärmemenge eingeführt, es wird keine Wärmemenge abgeführt. Das Temperaturniveau der Wärmemenge, die in dem Bereich mit einem höheren Temperaturniveau abgeführt wird, und das Temperaturniveau der Wärmemenge, die in dem Bereich des wärmeisolierten Raums mit einem niedrigeren Temperaturniveau zugeführt wird, sowie die möglichweise auftretenden Differenzen in Bezug auf die Verteilung der unterschniedlichen Temperaturniveaus der beiden Bereiche sind weniger von Bedeutung. Wichtig sind vor allem die entstehenden Wärmemengen. Die Wärmemengen sind für den Ausgleich zwischen den beiden Bereichen wesentlich, nicht das durchschnittliche Temperaturniveau, welches die einzelnen Bereiche aufweisen. Die abgegebenen oder zugeführten Wärmemenge entscheiden, ob Wärme zugeführt oder abgeleitet wird. Die fünfte Spalte stellt die maximal abgegebene Arbeit dar, wenn die Wärmemengen, die in der letzten Spalte der Tabelle 8 angegeben sind, mit dem halben Carnot-Wirkungsgrad multipliziert werden. Die Tabelle 11 zeigt einen Überblick zu den Arbeitsaufwendungen und den Arbeitsabgaben bei dem Einsatz von verschiedenen Fluiden für den Phasenwechsel sowie bei unterschiedlichen Temperaturniveaudifferenzen. Die Temperaturniveaudifferenzen, die innerhalb des wärmeisolierten Fluidraums erzeugt werden, sind in der fünften Spalte der Tabelle 6 aufgelistet. Die Temperaturniveaudifferenzen, die außerhalb des wärmeisolierten Fluidraums genutzt werden können, errechnen sich aus der dritten Spalte der Tabelle 6 und der Angabe der Umgebungstemperatur des wärmeisolierten Fluidraums von 50°C/323,15 K in der fünften Spalte der Tabelle 9. Aus den Temperaturniveaudifferenzen lassen sich die halben Carnot-Wirkungsgrade ableiten, die mit den geschaffenen Wärmemengen multipliziert werden, um die erzeugten Arbeitsabgaben in der vorletzten und letzten Spalte der Tabelle 11 darzustellen. Durch den Abzug des Aufwandes für die Hubarbeit, der in der dritten Spalte der Tabelle 11 vermerkt ist, von den addierten Arbeitsabgaben der vorletzten und letzten Spalte der Tabelle 11 wird der Arbeitsgewinn ermittelt. Zu dem Aufwand für die Hubarbeit können weitere Aufwendungen addiert werden, falls dies erforderlich ist. Die Tabelle 11 zeigt, dass auch bei dem Einsatz von unterschiedlichen Fluiden für den Phasenwechsel und auch bei der Festlegung von verschiedenen Temperaturniveaudifferenzen die Erzeugung von Verdampfungswärmemengen möglich ist. Die Fluide für den Phasenwechsel und/oder die Temperaturniveaudifferenzen können für die jeweils notwendige Prozessführung festgelegt werden. Zudem besteht die Möglichkeit, dass mehrere Kreisläufe ineinander und/oder übereinander angeordnet werden, um die Verdampfungswärmemengen weiter zu erhöhen. Bei mehreren Kreisläufen steigen die Arbeitaufwendungen entsprechend der höheren Anzahl der Kreisläufe und der Höhe der festgelegten Temperaturniveaudifferenzen. Die Verdampfungswärmemengen können genutzt werden, um thermische Energie in eine höherwertige Energieform umzuwandeln.
Wenn innerhalb des wärmeisolierten Fluidraums eine Temperaturniveaudifferenz erzeugt wird, und die Verdampfungswärmemengen in den jeweiligen Vorrichtungen bei den Zustandsänderungen des Fluides für den Phasenwechsel nicht überwiegen oder wenn eine Vorrichtungen für die Erzeugung einer Temperaturniveaudifferenz verwendet wird, die kein Fluid für den Phasenwechsel aufweist, zum Beispiel aufgrund einer magnetischen Kühlung, muss eine bestimmte Wärmemenge, deren Größe von den festgelegeten Temperaturniveaudifferenzen abhängt, die innerhalb und außerhalb des wärmeisolierten Raums vorliegen, durch eine Nutzung der Temperaturniveaudifferenz innerhalb des wärmeisolierten Raums abgebaut werden. Die Wärmemenge, die durch eine Umwandlung in Arbeit oder in eine andere Leistung aus dem wärmeisolierten Raum abgeleitet wird, muss so groß sein, dass bei den jeweils festgelegten Temperaturniveaudifferenzen eine ausreichend große Wärmemenge in den wärmeisolierten Fluidraum nachgeführt werden kann, weil eine vergleichbare Wärmemenge aufgrund der Umwandlung in Arbeit oder in eine andere Leistung abgeleitet wurde. Die Wärmemenge muss für das jeweilige Prozessziel, zum Beispiel Temperierung der Umgebung oder Erzeugung von Arbeit, ausreichend groß sein. Wenn bei den festgelegten Temperaturniveaudifferenzen eine ausreichend große Wärmemenge in den wärmeisolierten Fluidraum eingeführt werden kann, ist eine Nutzung möglich, auch wenn die Verdampfungswärmemengen des Fluides für den Phasenwechsel nicht überwiegen oder eine Vorrichtungen für die Erzeugung einer Temperaturniveaudifferenz verwendet wird, die kein Fluid für den Phasenwechsel aufweist. Die Temperaturniveaudifferenzen sowie die Druckniveaus und die anderen Werte der Tabellen sind bei dieser Nutzung entsprechend zu ändern. So kann es zum Beispiel erforderlich sein, dass die Temperaturniveaudifferenz, die innerhalb des wärmeisolierten Raumes erzeugt wird, größer sein muss. Die Temperaturniveaudifferenzen, die außerhalb des wärmeisolierten Fluidraums vorliegen, und die aufgrund der Differenzen der zugeführten und abgebenen Wärmemengen bei der Erzeugung einer Temperaturniveaudifferenz innerhalb eines wärmeisolierten Fluidraums entstehen, werden nicht für die Erzeugung von Arbeit genutzt, wenn die jeweilige Vorrichtung zum Beispiel für Kühl- oder Klimatisierungszwecke eingesetzt wird. Die Differenzen der zugeführten und abgebenen Wärmemengen eines wärmeisolierten Fluidraums sind in der letzten Spalte der Tabelle 8 aufgelistet. Die verschiedenen Vorrichtungen oder Verfahren können miteinander kombiniert werden, wenn dadurch der Wirkungsgrad und/oder der Aufbau der Vorrichtungen optimiert wird.
Die 4 zeigt einen Längsschnitt einer Kolbenmaschine mit einem inneren Zylinder 5a, in dem mindestens ein Kolben 3a, der an den Seitenwänden des Zylinders anliegt, oder mindestens ein Plungerkolben 3a eingesetzt wird. Außerdem ist innerhalb des inneren Zylinders 5a der Einsatz mindestens einer Strömungshilfe 2a und/oder mindestens einer Isolationshilfe möglich. Ferner weist die Kolbenmaschine einen äußeren Zylinder 6a auf. Zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder ist die Anordnung von Verdrängern, die durch eine Stange 12a oder eine Vorrichtung für die Bewegung der Verdränger verschoben werden, sowie von Fluidräumen 11a für ein Fluid zur Wärmeübertragung, welches mit einem angepassten Druckniveau an Wärmetauscherflächen geführt wird, möglich. Es handelt sich um eine schematische Darstellung einer Kolbenmaschine, die insgesamt mit 1a bezeichnet wird. In dem inneren Zylinder 5a befinden sich das Arbeitsfluid 8a sowie mindestens ein Kolben 3a oder ein Plungerkolben 3a. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass in dem selben Zylinder 5a mindestens eine Strömungshilfe 2a und/oder mindestens eine Isolationshilfe angeordnet werden. Die 4 weist in der Mitte eine röhrenförmige Kammer 5a auf, deren Form vergleichbar mit einem Hohlzylinder 5a ist. Die Begrenzungen 5a bzw. die Wände 5a des Raumes für das Arbeitsfluid 8a stellen eine Mantelröhre/einen Hohlzylinder 5a dar. Der Hohlzylinder 5a grenzt mit der äußeren Wand an die Fluidräume 11a für das Fluid zur Wärmeübertragung, welches zwischen den Einlässen 9a und den Auslässen 10a durch die Fluidräume 11a geleitet wird. Das Fluid zur Wärmeübertragung wird in den Fluidräumen 11a für einen Wärmeaustausch eingesetzt. Dafür wird das Fluid zur Wärmeübertragung von außen in die 4 eingeführt. Das Fluid zur Wärmeübertragung wird durch die Öffnungen 9a, die für eine Zuleitung des Fluides zur Wärmeübertragung an dem äußeren Zylinder 6a angeordnet sind, in die 4 eingeführt. In den Fluidräumen 11a strömt das Fluid zur Wärmeübertragung an den Verdrängern des Fluidraums 11a und an den Begrenzungen bzw. den Wärmetauscherflächen des inneren Zylinders 5a vorbei. Über die Begrenzungen bzw. die Wärmetauscherflächen des inneren Zylinders 5a erfolgt ein Wärmeaustausch. Anschließend wird das Fluid zur Wärmeübertragung wieder durch die Auslässe 10a abgeleitet. Die Auslässe 10a sind für Abführung des Fluides zur Wärmeübertragung an dem äußeren Zylinder 6a angeordnet. Die Fluidräume 11a oder Kammern 11a werden nach außen durch die stabilisierende und wärmeisolierte Zylinderwand 6a/Mantelröhre 6a/den Begrenzungen 6a abgeschlossen. In der rohrförmigen Kammer/dem Raum/dem Zylinder 5a für das Arbeitsfluid 8a ist der Kolben 3a oder Plungerkolben 3a angeordnet oder es befinden sich mindestens eine der gekoppelten Kolbenhälften 3a in dem Zylinder 5a. Mit Kolben 3a wird im Gegensatz zum Plungerkolben 3a ein Kolben 3a bezeichnet, der an den Zylinderwänden anliegt, daher mit den Zylinderwänden 5a einen Fluidraum mit dem Arbeitsfluid 8a abschließt. Ein Plungerkolben 3a kann einen größeren oder einen möglichst minimalen Abstand zu den seitlichen Wänden des Hohlzylinders 5a aufweisen. Der Plungerkolben 3a oder der Kolben 3a werden im Folgenden überwiegend als Kolben 3a bezeichnet, sofern nicht eine gesonderte Auflistung von Plungerkolben 3a oder Kolben 3a den Unterschied verdeutlicht. Der Kolben 3a ist mit einer Kolbenstange 4a für die Bewegung des Kolbens 3a verbunden, wenn keine Kraftübertragung durch einen magnetischen Verbund erfolgt. Eine Druckniveauänderung des Arbeitsfluides 8a in dem Fluidraum des Hohlzylinders 5a kann eine Bewegung des Kolbens 3a bewirken, wenn dies vorgesehen ist, und eine Bewegung des Kolbens 3a hat eine Änderung des Druckniveaus und/oder des Volumens des Arbeitsfluides 8a in dem Fluidraum des Hohlzylinders 5a zur Folge.
Der Zylinder 5a ist an der Wand bzw. der Begrenzung, die gegenüber von dem Kolben 3a angeordnet ist, mit einem Ventil und/oder einem Schieber versehen. Dieser Zugang zu dem Zylinder 5a ist mit Leitungen 7a verbunden. Über diese Leitungen 7a kann das Arbeitsfluid 8a zugeführt oder abgeleitet werden. Die Möglichkeiten und der Aufwand für die Vorrichtungen, die für die Zuleitung oder Abführung des Arbeitsfluides 8a genutzt werden, ist abhängig von dem Verwendungszweck sowie von dem gewählten Betriebsdruck in dem Fluidraum des Zylinders 5a. Falls das Druckniveau des Arbeitsfluides 8a unter einen vorher festgelegten Wert abfällt, kann über diese Vorrichtung das Druckniveau wieder angepasst werden. Ferner kann über diese Vorrichtung eine Anpassung des Druckniveaus für bestimmte Prozesse erfolgen, falls dies für die Prozessführung vorteilhaft ist. Des Weiteren kann über die Leitungen 7a sowie weiteren zusätzlichen Verbindungen ein Austausch des eingesetzten Fluides erfolgen, welches innerhalb des Zylinders 5a eingesetzt werden. Ein Fluid 8a kann aus dem Zylinder 5a abgeführt oder in den Zylinder 5a eingeleitet werden, zum Beispiel um ein anderes Fluid 8a einzusetzen oder für einen Wechsel des Fluides. Falls diese Verwendungsmöglichkeiten nicht vorgesehen sind, sind die Öffnungen an dem Zylinder 5a für eine Zuleitung und Abführung oder dem Austausch eines Fluides 8a und die Leitungen 7a nicht erforderlich. In einer weiteren Kammer, die zwischen den Ventilen und/oder den Schiebern des Zylinders 5a und den Leitungen 7a angeordnet ist, befinden sich ein abtrennbarer bzw. verschließbarer Fluidraum mit Temperatursensoren und/oder Drucksensoren. Durch die Betätigung der Ventile und/oder Schieber kann der verschließbare Fluidraum mit den Temperatursensoren und/oder den Drucksensoren innerhalb der weiteren Kammer geöffnet werden. Die weitere Kammer kann von den Leitungen 7a oder von dem Fluidraum des Zylinders 5a durch das Schließen der Ventile und/oder Schieber, die an den beiden Enden der weiteren Kammer angeordnet sind, abgetrennt werden. Wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt das Temperaturniveau oder das Druckniveau gemessen wird, wird die Kammer zu dem Fluidraum des Zylinders 5a oder zu den Leitungen 7a geöffnet, anschließend wird der Fluidraum mit den Temperatursensoren und/oder den Drucksensoren geöffnet. Zusätzlich oder an der Stelle der Leitungen 7a für die Zuleitung oder Ableitung von Fluid kann auch die Möglichkeit eines manuellen Eingriffes bestehen. Eine weitere Möglichkeit besteht zum Beispiel mit dem Einsatz einer verstellbaren Wand/Begrenzung des Zylinders 5a, die abgenommen wird, um den Kolbenraum zu warten. Die 4 wird für die Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen bzw. als Wärmekraftmaschine eingesetzt. Ferner kann die 4 als Kolbenmotor für die Expansion eines komprimierten Fluides oder für die Kompression eines Fluides verwendet werden. Als Arbeitsfluid 8a kann Helium oder ein anderes Fluid verwendet werden. Die 4 kann auch für eine Kompression eines Fluides eingesetzt werden, welches von außen zugeführt wird. Das Arbeitsfluid 8a wird bei dieser Verwendung durch das Fluid für die Komprimierung ersetzt. Das Fluid für die Komprimierung wird vor den Kompressionsvorgängen über die Leitungen 7a in den Zylinder 5a eingeführt. Nach den Kompressionsvorgängen wird das komprimierte Fluid wieder aus dem Zylinder 5a abgeführt. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass die 4 für die Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen bzw. als Kraft-Wärme-Maschine eingesetzt wird. Für diese Verwendung wird das Arbeitsfluid 8a durch ein Fluid für den Phasenwechsel ersetzt. An der Stelle eines Arbeitsfluides 8a, welches aus Helium besteht, kann zum Beispiel Kohlendioxid verwendet werden. Ein Fluid für den Phasenwechsel kann als Arbeitsfluid 8a verwendet werden, wenn es als Arbeitsfluid 8a die erforderlichen Merkmale aufweist. An den Begrenzungen des äußeren Zylinders 6a befinden sich die Öffnungen 9a für die Zuleitung des Fluides für die Wärmeübertragung. Das Fluid für die Wärmeübertragung strömt von den Öffnungen 9a für die Zuleitung des Fluides für die Wärmeübertragung innerhalb der Kammern 11a, die sich zwischen dem inneren Zylinder 5a und den Begrenzungen des äußeren Zylinders 6a befinden, zu den Auslässen 10a für die Abführung des Fluides für die Wärmeübertragung. Wenn das Fluid für die Wärmeübertragung innerhalb der Kammern 11a weitergeleitet wird, die sich zwischen dem inneren Zylinder 5a und den äußeren Zylinder 6a befinden, wird es an den Begrenzungen des inneren Zylinders 5a vorbeigeleitet. Dabei erfolgt über die Begrenzungen/Wände/Wärmetauscherflächen des inneren Zylinders 5a ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid zur Wärmeübertragung, welches von der Zuleitung 9a zum Auslass 10a strömt, und dem Arbeitsfluid 8a. Es besteht die Möglichkeit, dass die Strecke, die dem Fluid für eine Wärmeübertragung zwischen der Zuleitung 9a und dem Auslass 10a zur Verfügung steht, an die Stellung des Kolbens 3a angepasst wird. Wenn der Kolben 3a weiter in den Zylinder 5a geschoben wird, verkleinert sich das Volumen des Arbeitsfluides 8a. Wird der Kolben 3a weiter aus dem Zylinder 5a nach außen geschoben, vergrößert sich dagegen das Volumen des Arbeitsfluides 8a. Aus diesem Grund verkürzt sich die Strecke, die dem Fluid für eine Wärmeübertragung zur Verfügung steht, wenn der Kolben 3a weiter in den Zylinder 5a geschoben wird. Wenn der Kolben weiter aus dem Zylinder 5a nach außen geschoben wird, verlängert sich die Strecke, die dem Fluid für eine Wärmeübertragung zur Verfügung steht, weil sich die Strecke bzw. Fläche für eine Wärmeübertragung vergrößert, wenn sich das Volumen des Arbeitsfluides 8a vergrößert. Um die Strecke für die Wärmeübertragung anzupassen, werden innerhalb der Kammern 11a/der Fluidräume 11a, die zwischen dem inneren Zylinder 5a und dem äußeren Zylinder 6a angeordnet sind, Verdränger eingesetzt. Die Verdränger des Fluidraums 11a verdrängen das Fluid zur Wärmeübertragung an den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des inneren Zylinders 5a, indem sie auf diese Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen geschoben werden. Das Fluid zur Wärmeübertragung strömt von den Öffnungen 9a in die Fluidräume 11a. In den Fluidräumen 11a wird es über die Verdränger des Fluidraums 11a geleitet, falls diese ausgefahren wurden. Dies ist möglich, weil das Volumen der Verdränger bzw. die Höhe der Verdränger kleiner ist als das Volumen bzw. die Höhe der Fluidräume 11a und sie deshalb das Volumen der Fluidräume 11a nur zu einem Teil verringern. Danach strömt das Fluid zur Wärmeübertragung an den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a vorbei. Anschließend wird das Fluid zur Wärmeübertragung durch die Auslässe 10a aus der 4 abgeleitet. Die Verdränger der Fluidräume 11a werden entsprechend der Stellung des Kolbens 3a bewegt. Wenn der Kolben 3a weiter in den Zylinder 5a geschoben wird, werden die Verdränger der Fluidräume 11a in die Fluidräume 11a gefahren, deshalb verkürzt sich die Strecke, die dem Fluid für eine Wärmeübertragung zur Verfügung steht. Wenn der Kolben 3a weiter aus dem Zylinder 5a nach außen geschoben wird, werden die Verdränger der Fluidräume 11a ebenfalls weiter aus den Fluidräumen 11a gefahren, aus diesem Grund verlängert sich die Strecke für eine Wärmeübertragung bzw. die Fläche für eine Wärmeübertragung wird vergrößert. Bei dem Einsatz der Verdränger der Fluidräume 11a wird die Länge der Abschnitte der Fluidräume 11a genutzt, die für einen Wärmeaustausch des Fluides zur Wärmeübertragung mit dem Arbeitsfluid 8a über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a zur Verfügung stehen. Innerhalb dieser Abschnitte wird das Fluid zur Wärmeübertragung an den Begrenzungen bzw. den Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a vorbeigeleitet. Die Verdränger des Fluidraums 11a werden mit Hilfe der Stangen 12a für die Bewegung der Verdränger verschoben. Entsprechend der Funktion besteht der Körper der Verdränger aus einem Material, das eine möglichst geringe Wärmeleitfähigkeit und eine möglichst geringe Wärmespeicherfähigkeit aufweist.
Es besteht die Möglichkeit, dass die Öffnungen 9a für die Zuleitung des Fluides zur Wärmeübertragung und die Auslässe 10a für die Ableitung des Fluides zur Wärmeübertragung an möglichst vielen Stellen der Begrenzungen des äußeren Zylinders 6a angeordnet sind, damit sich die Möglichkeiten für eine Zuleitung und Ableitung des Fluides zu und von bestimmten Bereichen der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des inneren Zylinders 5a erhöhen. Die einzelnen Öffnungen 9a und Auslässe 10a werden durch das Schließen oder Öffnen von wärmeisolierten Ventilen und/oder Schiebern gesteuert. Ferner besteht die Möglichkeit, dass das Fluid zur Wärmeübertragung durch eine Vielzahl von separaten abgetrennten Fluidräume 11a geleitet wird, die jeweils getrennte Öffnungen 9a und Auslässe 10a aufweisen.
Die Geschwindigkeit der Durchleitung des Fluides zur Wärmeübertragung sowie die Strömungsrichtungen können an die Erfordernisse und Möglichkeiten des Wärmeaustausches angepasst werden. An Stellen mit einer geringerer Wärmübertragung wird ein geringes Volumen des Fluides für die Wärmeübertragung durchgeleitet und an Stellen mit einer Wärmeübertragung, die einen höheren Umfang aufweist, wird ein größeres Volumen innerhalb der gleichen Zeitspanne vorbeigeführt, in Abhängigkeit zum Beispiel von der Stellung des Kolbens 3a und/oder des Einsatzes von Strömungshilfen 2a und/oder Isolationshilfen. Die Steuerung der Zuleitung und der Abführung der Ströme des Fluides zur Wärmübertragung wird mit der Steuerung der Bewegung des Kolbens 3a und/oder der Strömungshilfe 2a und/oder der Isolationshilfe sowie weiterer Bestandteile der Vorrichtung abgestimmt. Dabei wird der angestrebten Umfang des Wärmeaustausches an unterschiedlichen Stellen der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen der Zylinderwand 5a berücksichtigt.
Die Begrenzungen bzw. die Wärmetauscherflächen des inneren Zylinders 5a weisen eine möglichst geringe Wanddicke auf, in Abhängigkeit von den Druckniveaudifferenzen zwischen dem Fluid für die Wärmeübertragung und dem Arbeitsfluid 8a, weil vorgesehen ist, dass die Wärmespeicherfähigkeit möglichst niedrig und die Wärmeleitfähigkeit möglichst hoch ist. Die Wände des äußeren Zylinders 6a weisen eine größere Wanddicke und Wärmeisolierungen auf. Die Wärmespeicherfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit dieser Wände ist möglichst niedrig. Die äußeren Wände 6a schirmen die 4 nach außen ab. Die dickeren Wände des äußeren Zylinders 6a wirken über Querverbindungen stabilisierend auf die dünneren Wände des inneren Zylinders 5a.
Das Fluid zur Wärmeübertragung temperiert über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a das Arbeitsfluid 8a. Es erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid für die Wärmeübertragung und dem Arbeitsfluid 8a über die Begrenzungen des inneren Zylinders 5a. Der Zeitraum und der Ablauf für diesen Wärmeaustausch können durch den Einsatz von mindestens einer Strömungshilfe 2a und/oder einer Isolationshilfe beeinflusst werden. Eine Strömungshilfe 2a kann auch bezeichnet werden als Körper 2a für die Bewegung des Fluides 8a oder als Verdrängerkörper 2a. Im Folgenden wird nur die Bezeichnung Strömungshilfe 2a verwendet. An einer Strömungshilfe 2a kann eine Stange für die Bewegung der Strömungshilfe angebracht sein. Mit Hilfe dieser Stange kann die Strömungshilfe 2a verschoben werden. Die 4 zeigt eine Strömungshilfe 2a, die durch einen magnetischen Verbund verschoben wird. Eine zusätzliche Stange ist nicht erforderlich. Die Strömungshilfe 2a sowie der Kolben 3a sind in der Längsrichtung innerhalb des selben Fluidraums des Zylinders 5a verschiebbar. Die Strömungshilfe 2a kann in eine der beiden Längsrichtungen verschoben werden, zum Beispiel in die Richtung des Kolbens 3a oder in die Richtung der Wand des Zylinders 5a, die sich gegenüber von dem Kolben 3a befindet. Die Bewegungen der Strömungshilfe 2a werden auf der einen Seite durch den Kolben 3a und auf der anderen Seiten durch die gegenüberliegende Wand des Fluidraumes des Zylinders 5a begrenzt. Bei einer Verschiebung der Strömungshilfe 2a muss Kraft aufgewendet werden, um das Fluid des Fluidraumes des Zylinders 5a zu bewegen. Damit bei einer Bewegung der Strömungshilfe 2a der benötigte Kraftaufwand effektiv eingesetzt wird, weist die Strömungshilfe 2a eine Form auf, die optimiert bzw. strömungsoptimiert ist. Diese Optimierung bezieht sich auf eine Nutzung von möglichen Verwirbelungen des Arbeitsfluides 8a für einen Wärmeaustausch und auf eine Minimierung des Strömungswiderstandes des Arbeitsfluides 8a sowie auf eine Minimierung der Druckniveaudifferenzen auf den beiden Seiten der Strömungshilfe 2a, wenn diese verschoben wird. Bei der Optimierung der Strömungshilfe 2a werden unter anderem die vorgesehenen Geschwindigkeiten bei der Verschiebung der Strömungshilfe 2a, die Eigenschaften des Arbeitsfluides 8a, wie zum Beispiel die Viskosität, sowie das durchschnittliche Druckniveau und das durchschnittliche Temperaturniveau des Arbeitsfluides 8a und die Oberflächenstrukturen und Materialien der Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a und der Strömungshilfe 2a berücksichtigt. Eine Strömungshilfe 2a, die in diesem Zusammenhang strömungsoptimiert ist, kann zum Beispiel eine Form mit Spitzen an den beiden Seiten aufweisen, deren Länge ein Mehrfaches ihrer Breite beträgt. Zur Veranschaulichung kann man sich eine Form vorstellen, bei der ein gerader Kreiskegel/Konus mit seiner Grundfläche an der Grundfläche eines anderen geraden Kreiskegels angeordnet ist, wobei die Spitzen der zwei Kegel in den beiden möglichen Längsrichtungen der Bewegungen der Strömungshilfe 2a im Fluidraum des Zylinders 5a weisen. Die Spitzen weisen nach außen. Daher, die Enden der Strömungshilfe 2a, die in die Richtungen der beiden möglichen Bewegungen der Strömungshilfe 2a zeigen, weisen Spitzen auf, die zu der Mitte der Strömungshilfe hin einen zunehmend größeren vertikalen Durchmesser besitzen. Außerdem befindet sich zwischen den beiden Grundflächen der Kegel eine Fläche, die die Kanten der Kegel verbindet, und die senkrecht zu den Grundflächen verläuft, damit das Arbeitsfluid 8a in einem geeigneten Abstand und für ausreichend lange Strecke an den Begrenzungen des inneren Zylinders 5a für einen Wärmeaustausch vorbeigeleitet wird. In der Richtung zur Mitte der Strömungshilfe 2a nimmt der vertikale Durchmesser der Strömungshilfe 2a zu. Im Bereich der Mitte der Strömungshilfe 2a ist der vertikale Durchmesser der Strömungshilfe 2a am größten. An dieser Stellen sind die Kanten der beiden Grundflächen der geraden Kreiskegel durch eine senkrechte Fläche miteinander verbunden. Der vertikale Durchmesser der Strömungshilfe 2a ist an dieser Stelle kleiner als der vertikale Durchmesser des Zylinders 5a. Im Bereich der Mitte der Strömungshilfe 2a enden die Punkte der Strömungshilfe 2a, die den größten vertikalen Abstand voneinander besitzen, vor den Zylinderwänden 5a. Eine Strömungshilfe 2a weist eine Form auf, die das Volumen des Arbeitsfluides 8a, welches von der Strömungshilfe 2a verschoben wird, an den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a vorbeiführt. Das Arbeitsfluid 8a wird an den Begrenzungen bzw. an den Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a vorbeigeführt, wenn es von einer Seite der Strömungshilfe 2a auf die andere Seite der Strömungshilfe 2a geleitet wird. Dabei werden mögliche Verwirbelungen des Arbeitsfluides 8a für einen Wärmeaustausch genutzt, ferner bietet die Form einen möglichst geringen Strömungswiderstand. Außerdem wird das Arbeitsfluid 8a in einem geeigneten Abstand an den Begrenzungen des Zylinders 5a vorbeiführt. Zudem besteht die Möglichkeit, dass eine Strömungshilfe 2a Wärmetauscherflächen aufweist, wenn Leitungen für die Zuführung und Ableitung des Fluides zur Wärmeübertragung durch eine Stange für die Bewegung der Strömungshilfe 2a verlaufen. Der Einsatz von Wärmetauscherflächen, die an einer Strömungshilfe angeordnet sind, ist zudem erforderlich, wenn die Wärmespeicherfähigkeit der Materialien der Strömungshilfe 2a ohne Wärmetauscherflächen nicht ausreichend niedrig ist. Die zusätzlichen Leitungen für das Fluid zur Wärmeübertragung in der Stange für eine Bewegung der Strömungshilfe erhöhen die Reibungen bei einer Bewegungsausführung dieser Stange, die einen größeren Durchmesser aufweist. Außerdem ist der Einsatz von Wärmetauscherflächen auf dem Kolben 3a oder auf anderen Begrenzungen des Zylinders 5a notwendig, wenn die Wärmespeicherfähigkeit der Materialien ohne Wärmetauscherflächen nicht ausreichend niedrig ist, oder wenn eine Vergrößerung der Wärmetauscherflächen erforderlich ist. Eine Vergrößerung der Wärmetauscherflächen bedeutet eine Reduzierung des Volumens des Arbeitsfluides 8a, welches innerhalb einer bestimmten Zeitspanne nicht vollständig temperiert werden kann. Neben einer abgeflachten Spitze bzw. eines entsprechenden Anstieges zu einem größten vertikalen Durchmesser, der sich im mittleren Bereich der Strömungshilfe 2a befindet, sind andere Formen möglich, zum Beispiel mehrere abgeflachte Spitzen bzw. unterschiedliche aneinandergereihte vertikale Durchmesser in der Mitte der Strömungshilfe, auf der Fläche zwischen den beiden Grundflächen der Kegel etc. Diese Formen haben die Aufgabe, dass das Arbeitsfluid 8a in einem optimalen Abstand innerhalb eines bestimmten Abschnittes an den Zylinderwänden vorbeigeführt wird, wenn die Strömungshilfe 2a in eine der beiden Richtungen bewegt wird. Wird die Strömungshilfe 2a verschoben, bewegt sich das Fluid durch den Spalt zwischen der Strömungshilfe 2a im Bereich der Mitte der Strömungshilfe 2a und der Zylinderwände 5a. Das Fluid strömt durch den Raum zwischen der Strömungshilfe 2a im Bereich der Mitte der Strömungshilfe 2a und den Begrenzungen des Zylinders 5a. Wenn diese Strömung nicht vorhanden ist, zum Beispiel weil die Strömungshilfe 2a an den Zylinderwänden 5a anliegt, und wenn sie eine vergleichbare Funktion wie ein Kolben aufweist, wird bei einer Bewegung der Strömungshilfe 2a das Fluid im Fluidraum des Zylinders 5a auf der einen Seite komprimiert und auf der anderen Seite expandiert. Mit einer weiterführenden Bewegung wird vor und hinter der Strömungshilfe 2a ein zunehmender Druckunterschied aufgebaut. Je höher der Druckunterschied, desto mehr Kraft muss für die weitere Bewegung aufgewendet werden. Um den Kraftaufwand für die Bewegung der Strömungshilfe 2a möglichst niedrig zu gestalten, muss der Druckunterschied auf den beiden Seiten der Strömungshilfe 2a im Fluidraum des Zylinders 5a möglichst niedrig sein, ergänzend zu einem möglichst niedrigen Strömungswiderstand. Je größer der Raum/der Abstand zwischen dem Bereich der Mitte der Strömungshilfe 2a und der Zylinderwände 5a ist, desto geringer ist der Druckunterschied, wenn das Fluid bei einer Bewegung der Strömungshilfe 2a von einer Seite auf die andere Seite der Strömungshilfe 2a strömt. Bei einer Bewegung der Strömungshilfe 2a bewegt diese das Fluid des Fluidraumes des Zylinders 5a zu den Seiten an die Zylinderwände 5a mit den Wärmetauscherflächen, weil sich an den Seiten in Richtung der Zylinderwände 5a der Durchlass befindet. Dort kann ein Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsfluid 8a des Fluidraumes 5a und den Wärmetauscherflächen der Zylinderwände 5a erfolgen. Der Abstand zwischen einer Strömungshilfe 2a und den Zylinderwänden 5a ist groß genug, um die Strömungshilfe 2a mit einem möglichst effektiven Kraftaufwand in eine der beiden Richtungen zu bewegen. Zudem ist der Abstand ausreichend gering, um innerhalb der vorgesehenen Zeitspanne, mit einer festgelegten Anzahl von Bewegungen der Strömungshilfe 2a ein ausreichend großes Volumen an den Zylinderwänden 5a in einem optimalen Abstand vorbeizuführen, damit dort ein Wärmeaustausch in dem angestrebten Umfang erfolgen kann.
Der Umfang des angestrebten Wärmeaustausches ist festzulegen sowie die dafür erforderlichen Bewegungen der Strömungshilfe 2a. Im Fluidraum des Zylinders 5a können unterschiedliche Fluide eingesetzt werden. Diese Fluide unterscheiden sich in ihren Eigenschaften, zum Beispiel in der Viskosität. Mit der Möglichkeit unterschiedliche Fluide einzusetzen, variieren auch die Bedingungen, die für den Einsatz einer Strömungshilfe 2a zu berücksichtigen sind. Um eine Strömungshilfe 2a an unterschiedliche Prozessziele, Prozessführungen und Bedingungen anzupassen, besteht die Möglichkeit, dass ein Teil der Form der Strömungshilfe 2a in Abhängigkeit von weiteren Faktoren, wie eine möglichst geringe Wärmespeicherfähigkeit etc., flexibel angepasst wird.
An der Stelle einer Strömungshilfe 2a kann eine andere Vorrichtung eingesetzt werden, die den Zeitraum und den Ablauf für einen Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsfluid 8a und dem Fluid zur Wärmeübertragung, der über die Wärmetauscherflächen erfolgt, beeinflusst. Zum Beispiel können rotierende Wärmeüberträger verwendet werden. Diese Wärmeüberträger werden innerhalb des Zylidners 5a verschoben und rotieren dabei teilweise um die eigene Achse. Das Fluid wird duch die Stange zur Bewegung der Wärmeüberträger geleitet. Nach einer halben Drehung in eine Richtung erfolgt die Drehung in eine andere Richtung. Zudem können Vorrichtungen mit anderen Mechanismen, um das Arbeitsfluid 8a innerhalb des Zylinders 5a zu bewegen, eingesetzt werden. Die Strömungshilfe 2a wird in eine der beiden Längsrichtungen im Zylinder verschoben, dabei wird die Strecke der Verschiebung auf der einen Seite von dem Kolben 3a begrenzt und auf der anderen Seite von Wand des Fluidraumes des Zylinders 5a, die gegenüber von dem Kolben 3a angeordnet ist. Der Bewegungsablauf sieht vor, dass die Strömungshilfe 2a zum Beispiel in die Richtung des Kolbens 3a verschoben wird. Vor dem Kolben 3a und vor der Umkehrung der Verschiebungsrichtung wird die Bewegung gestoppt. Anschließend wird die Strömungshilfe 2a wieder zurück bis vor die gegenüberliegenden Wand des Fluidraumes des Zylinders 5a geschoben. Vor der gegenüberliegenden Wand des Fluidraumes des Zylinders 5a an dem anderen Ende des Zylinders 5a wird die Bewegung gestoppt. Anschließend wird die Strömungshilfe 2a wieder bis vor den Kolben 3a bewegt und so weiter. Die Strecken der Verschiebungen bzw. die Bewegungen der Strömungshilfe 2a werden an die unterschiedlichen Positionen des Kolbens 3a angepasst, weil sie innerhalb des Fluidraums zwischen dem Kolben 3a und der gegenüberliegenden Wand des Fluidraumes des Zylinders 5a bewegt wird. Die Verschiebungen der Isolationshilfen werden ebenfalls an die Positionen eines Kolbens 3a angepasst, wenn ein Kolben 3a und nicht ein Plungerkolben 3a eingesetzt wird. Die Bewegungslängen der Strömungshilfen 2a können variieren. Zum Beispiel können bei der 4 unter bestimmten Voraussetzungen zwei unterschiedliche Bewegungslängen für eine festgelegte Temperaturniveaudifferenz genutzt werden. Innerhalb eines Zeitraums wird ein gasförmiges Arbeitsfluid 8a isochor erwärmt und innerhalb eines anderen Zeitraumes wird das Arbeitsfluid 8a isochor gekühlt. Werden die Bewegungen des Kolbens 3a so gesteuert, dass der Raum für die isochore Erhöhung des Temperaturniveaus und für die isochore Verringerung des Temperaturniveaus des gasförmigen Arbeitsfluides 8a des Zylinders 5a für die festgelegte Temperaturniveaudifferenz gleich bleibt, sind die Strecken für eine Verschiebung der Strömungshilfe 2a erforderlich, die innerhalb des Volumens des Arbeitsfluides 8a für die isochore Erwärmung und für die isochore Kühlung des Arbeitsfluides von der Strömungshilfe 2a zurückgelegt werden. Daher, der Kolben 3a hat jeweils die gleiche Ausgangsstellung vor einer isochoren Erwärmung oder vor einer isochoren Abkühlung des Arbeitsfluides 8a.
Die Oberfläche und die Form des Kolbens 3a oder der Verdränger des Kolbens 3a, die an dem Kolben 3a angeordnet werden, sowie die Oberfläche und die Form der gegenüberliegenden Wand des Zylinders 5a oder der Verdränger der Wand, die auf der Wand angebracht werden, werden so gestaltet, dass sie an den weiteren unbeweglichen Bestandteilen des Zylinders 5a und/oder an den weiteren beweglichen Bestandteilen des Zylinders 5a angepasst sind. Zum Beispiel weist der Kolben 3a oder die Verdränger des Kolbens 3a Formen auf, die das Volumen des Arbeitsfluides 8a möglichst weitgehend verringert, welches zwischen den Verdränger und einem Bestandteil in der Nähe der Verdrängers verbleibt, wenn der Kolben 3a in die Richtung des Bestandteiles des Zylinders 5a bewegt wird, oder wenn ein Bestandteil in die Richtung des Kolbens 3a geschoben wird. Bei einem Einsatz einer Strömungshilfen 2a werden die Oberfläche und die Form des Kolbens 3a und die Oberfläche und die Form der Wand des Zylinders 5a, die gegenüberliegenden von dem Kolben 3a angeordnet ist, so gestaltet, dass sie an den jeweiligen Strömungsverhältnissen zum Ende der Bewegung der Strömungshilfe 2a in eine der beiden Richtungen angepasst sind. Zum Beispiel ist eine Gestaltung möglich mit Ausnehmungen/Vertiefungen bzw. Rinnen innerhalb von Verdrängern, die auf dem Kolben 3a oder der gegenüberliegenden Wand des Fluidraums des Zylinders 5a von der Mitte in Richtung der Längsseiten des Zylinders 5a verlaufen. Diese stellen ein Durchlass für das Fluidvolumen dar, welches sich zwischen der Strömungshilfe 2a und dem Kolben 3a auf der einen Seite und der gegenüberliegenden Wand des Fluidraums des Zylinders 5a auf der anderen Seite befindet. Mit zunehmender Annäherung der Strömungshilfe 2a an den Kolben 3a auf der einen Seite oder der gegenüberliegenden Wand des Fluidraums des Zylinders 5a auf der anderen Seite, kann das Fluid durch diese Ausnehmungen/Vertiefungen bzw. Rinnen in die Richtung der Längsseiten des Zylinders 5a strömen, um durch den Raum zwischen dem Bereich der Mitte der Strömungshilfe 2a und den Zylinderwänden 5a auf die andere Seite der Strömungshilfe 2a in den Fluidraum des Zylinders 5a zu strömen. Die Verdränger, die auf dem Kolben 3a angeordnet sind, weisen eine Form auf, die an der Strömungshilfe 2a beinahe anliegen kann, wenn die Strömungshilfe 2a in die Nähe des Kolbens 3a geschoben wird. Bei einer Annäherung der Strömungshilfe 2a an die Verdränger des Kolbens 3a, verbleibt in den Zwischenräumen, die sich zwischen dem Kolben 3a und der Strömungshilfe 2a befinden, ein möglichst geringes Volumen. Außerdem kann die Form der Wand, die sich gegenüber von dem Kolben 3a befindet, an die Form der anderen Seite der Strömungshilfe 2a angepasst werden. Für diese Anpassung kann die gegenüberliegenden Wand ebenfalls Verdränger aufweisen. Die Verdränger vermindern das Volumen des Arbeitsfluides 8a des Fluidraumes des Zylinders 5a, welches von den Bewegungen der Strömungshilfe 2a und/oder des Kolbens 3a nicht erreicht werden kann. Das Volumen, welches vor einer Umkehrung der Verschiebungsrichtung, am Ende der Bewegung in einer der beiden möglichen Verschiebungsrichtungen der Strömungshilfe 2a zwischen dem Kolben 3a oder der Wand des Fluidraumes des Zylinders 5a, die gegenüber von dem Kolben 3a angeordnet ist, verbleibt, verringert sich durch den Einsatz der Verdränger. Wird der Kolben 3a bis zur Nähe der Strömungshilfe 2a verschoben, an das Ende des Zylinders, kann der Kolben 3a mit seinen Verdrängern an der Strömungshilfe 2a beinahe anliegen. Auf der anderen Seite der Strömungshilfe 2a kann die Strömungshilfe 2a ebenfalls an den Verdrängern der Wand, die sich gegenüber von dem Kolben 3a befindet, beinahe anliegen, wenn sie in eine entsprechende Position geschoben wird. Aufgrund des Einsatzes der Verdränger sowie weiterer Bestandteile der Vorrichtung besteht zudem die Möglichkeit, dass das Volumen des Arbeitsfluides 8a weitgehend verkleinert werden kann, wenn der Kolben 3a in den Zylinder 5a geschoben wird. Es besteht die Möglichkeit, dass eine Strömungshilfe 2a das Arbeitsfluid 8a, welches von der Strömungshilfe 2a verschoben wird, an allen Längsseiten des Zylinders 5a vorbeiführt. Außerdem verdrängt diese Strömungshilfe 2a ein Teil des Volumens des Arbeitsfluides 8a, welches sich vor dem Kolben 3a oder vor der gegenüberliegenden Wand des Zylinders 5a befindet, bevor die Strömungshilfe 2a weiter in die Nähe des Kolbens 3a oder weiter in die Nähe der Wand des Zylinders 5a, die gegenüber von dem Kolben 3a angeordnet ist, geschoben wird. Eine Strömungshilfe, die das Fluid an allen Längsseiten des Zylinders 5a vorbeiführt, und die das Fluid vor dem Kolben 3a und vor Wand des Zylinders 5a verdrängt, die gegenüber von dem Kolben 3a angeordnet ist, entspricht der beschriebenen Form. Für eine Verdrängung des verschobenen Fluides an andere Stelle des Zylinders 5a wird diese Form entsprechend geändert. Aufgrund der geänderten Form kann die Strömungshilfe 2a das Fluid verstärkt an der oberen oder unteren Längsseite vorbeiführen. Vereinfacht betrachtet kann die Strömungshilfe mit einer Art Schneeflug verglichen werden. Wenn eine Strömungshilfe 2a eingesetzt wird, die das Arbeitsfluid 8a, welches von der Strömungshilfe 2a verschoben wird, überwiegend bzw. verstärkt an bestimmten Bereichen der Längsseiten des Fluidraums des Zylinders 5a vorbeiführt, kann diese Strömungshilfe 2a innerhalb des Zylinders 5a gedreht werden, damit sich der Bereich ändert, an dem das Arbeitsfluid 8a, welches von der Strömungshilfe 2a verschoben wird, überwiegend bzw. verstärkt vorbeigeleitet wird. An der Stelle einer Drehung der Strömungshilfe 2a besteht auch die Möglichkeit, dass zwei oder mehrere Strömungshilfen 2a in dem Fluidraum des Zylinders 5a eingesetzt werden. Diese Strömungshilfen 2a können getrennt voneinander innerhalb des Zylinders 5a verschoben werden. Jede der Strömungshilfe 2a führt das Arbeitsfluid 8a, welches von der jeweiligen Strömungshilfe 2a verschoben wird, überwiegend bzw. verstärkt an einen anderen Bereich der Längsseiten des Fluidraums des Zylinders 5a vorbei. Bei dem Einsatz von mehreren Strömungshilfen ist die Drehung einer Strömungshilfe 2a nicht mehr erforderlich. Wenn innerhalb des Zylinders 5a eine Strömungshilfe 2a eingesetzt wird, die gedreht wird, besteht die Möglichkeit, dass die Verdränger, die auf dem Kolben 3a sowie auf der Wand, die sich gegenüber von dem Kolben 3a befindet, angeordnet sind, ebenfalls gedreht werden, damit die Form des Kolbens 3a und der Wand, die sich gegenüber von dem Kolben 3a befindet, an die Form der Strömungshilfe 2a angepasst wird. Die Verdränger des Kolbens 3a und der gegenüberliegenden Wand können auch auf einer zusätzliche Scheibe angeordnet sein, die sich bei einer Drehung der Strömungshilfe 2a ebenfalls dreht. Bei der Verschiebung der beweglichen Bestandteile im Zylinder 5a, wie zum Beispiel der Strömungshilfe 2a und/oder des Kolbens 3a und/oder der Isolationshilfe, ist vorgesehen, dass ein Kontakt zwischen den Bestandteilen möglichst vermieden wird, ebenso wird eine Berührung des Kolbens 3a und/oder der Strömungshilfe 2a mit den festen Bestandteilen im Zylinder 5a vermieden. Für diese Aufgabe und falls sich ein Kontakt der Bestandteile nicht vermeiden lässt, ist die Verwendung von Puffern und/oder der Einsatz von bewegungsflexiblen Begrenzungen, die sich zum Beispiel an der Wand befinden, die gegenüber von dem Kolben 3a angeordnet ist, möglich.
Die Strömungshilfe 2a der 4 kann das Arbeitsfluid 8a des Fluidraumes an den Längsseiten der Zylinderwand vorbeiführen. Ferner verdrängt die Strömungshilfe 2a das Arbeitsfluid 8a vor dem Kolben 3a und vor der gegenüberliegenden Wand des Zylinders 5a, wenn die Strömungshilfe 2a bis kurz vor den Kolben 3a oder bis kurz vor die gegenüberliegenden Wand geschoben wird. An der Stelle einer Strömungshilfe 2a, die das Volumen des Arbeitsfluides 8a, welches von der Strömungshilfe 2a verschoben wird, an allen Längsseiten des Zylinders 5a vorbeiführt, ist der Einsatz einer Strömungshilfe 2a möglich, die das Arbeitsfluid 8a des Fluidraums des Zylinders 5a verstärkt an bestimmten Bereichen der Längsseiten der Zylinderwände 5a vorbeiführt. Außerdem verdrängt diese Strömungshilfe 2a das Arbeitsfluid 8a vor dem Kolben 3a und vor der gegenüberliegenden Wand des Zylinders 5a, wenn die Strömungshilfe 2a bis kurz vor den Kolben 3a oder bis vor die Wand, die gegenüber von dem Kolben 3a angeordnet ist, geschoben wird. Eine Strömungshilfe 2a, die das Volumen des Arbeitsfluides 8a, welches bei einer Verschiebung der Strömungshilfe 2a erfasst wird, nicht an allen Längsseiten der Zylinderwände 5a vorbeiführt, sondern verstärkt an bestimmten Bereichen der Längsseiten der Zylinderwände 5a, weist eine andere Form auf. Diese Strömungshilfe 2a ist so geformt, dass der überwiegende Teil des Volumens des Arbeitsfluides 8a, das bei einer Verschiebung der Strömungshilfe 2a erfasst wird, an bestimmten Bereichen der Längsseiten vorbeiführt wird, zum Beispiel an den linken Längsseiten oder an den rechten Längsseiten der Zylinderwände 5a. Wenn die Darstellung der 4 im Uhrzeigersinn um 90 Grad gedreht wird, stellen die linken Längsseiten die oberen Längsseiten der Strömungshilfe 2a dar. Die rechten Längsseiten sind nach einer Drehung der Zeichnung die unteren Längsseiten der Strömungshilfe 2a. Die linken Längsseiten werden bei dieser Verwendung der Strömungshilfe 2a für einen höheren Temperaturniveaubereich und die rechten Längsseiten für einen niedrigen Temperaturniveaubereich genutzt. Ein Temperaturniveaubereich beschreibt die Differenz zwischen dem niedrigsten und dem höchsten Temperaturniveau. Die linken Längsseiten stellen den wärmeren Bereich und die rechten Längsseiten den kälteren Bereich dar. Erfolgt keine Unterscheidung bzw. Einteilung der Wärmetauscherflächen oder Begrenzungen des Zylinders 5a, die für einen Wärmeaustausch genutzt werden, in Flächen, die für unterschiedliche Temperaturniveaubereiche oder Temperaturniveaus genutzt werden, zum Beispiel in warme und kalte Bereiche, werden alle vorhandenen Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a zu jedem Zeitpunkt für einen Wärmeaustausch genutzt. Werden alle Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a zu jedem Zeitpunkt für einen Wärmeaustausch verwendet, ist es erforderlich, dass alle Wärmetauscherflächen das Temperaturniveau wechseln, bzw. das die Wärmetauscherflächen zu verschiedenen Zeitpunkten ein unterschiedliches Temperaturniveau aufweisen. Eine Strömungshilfe 2a, die das Volumen des Arbeitsfluides 8a, welches bei einer Bewegung der Strömungshilfe 2a verschoben wird, verstärkt an bestimmten Bereichen der Längsseiten der Zylinderwände 5a vorbeiführt, kann durch eine Drehung in Form einer Kreisbewegung in eine andere Position gebracht werden. Durch diese Drehung kann das Arbeitsfluid 8a, welches bei einer Bewegung der Strömungshilfe 2a verschoben wird, verstärkt an anderen Bereichen der Längsseiten der Zylinderwände 5a vorbeigeleitet werden. Das Arbeitsfluid 8a wird durch die Strömungshilfe 2a mit der anderen Form zuerst verstärkt an der linken Längsseite der Zylinderfläche 5a vorbeigeführt. Anschließend wird die Strömungshilfe 2a gedreht und das Arbeitsfluid 8a wird hauptsächlich an der rechten Längsseite der Zylinderfläche 5a vorbeigeleitet und so weiter.
Das Fluid zur Wärmeübertragung temperiert über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a das Arbeitsfluid 8a. Es erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid zur Wärmeübertragung und dem Arbeitsfluid 8a über die Begrenzungen des inneren Zylinders 5a. Der Zeitraum und der Ablauf für diesen Wärmeaustausch können durch den Einsatz von mindestens einer Strömungshilfe 2a und/oder mindestens einer Isolationshilfe beeinflusst werden. Eine Isolationshilfe wird beweglich innerhalb des Zylinders 5a angeordnet. Die Isolationshilfe wird auf einen Bereich der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a, die sich auf der Innenseite des Zylinders 5a befinden, geschoben, dort verdrängt die Isolationshilfe das Arbeitsfluid 8a und deckt einen Bereich der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a gegenüber dem überwiegenden Anteil des Volumens des Arbeitsfluides 8a des Zylinders 5a ab. Die Bereiche der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a, bei denen der Wärmeaustausch verringert wird, werden von der Isolationshilfe abdeckt. Die Isolationshilfe stellt einen Verdrängerkörper bzw. einen Isolationskörper für die Abdeckung der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a dar. Für diese Aufgabe besteht die Isolationshilfe aus einem Teil einer Mantelröhre, der innerhalb des Zylinders 5a beweglich angeordnet ist. Die Isolationshilfe kann zum Beispiel aus einer halben Mantelröhre bestehen. Die Mantelröhre kann innerhalb des Zylinders 5a gedreht werden. Sie wird von einer Position auf eine andere Position gedreht. An der Stelle, an der sich die Isolationshilfe bzw. die Mantelröhre befindet, bedeckt sie die inneren Begrenzungen bzw. die Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a. Aus diesem Grund ist der Wärmeaustausch an den Flächen, die von der Isolationshilfe bzw. der Mantelröhre bedeckt werden, reduziert. Die linken Längsseiten werden bei dieser Verwendung der Isolationshilfe für einen höheren Temperaturniveaubereich und die rechten Längsseiten für einen niedrigen Temperaturniveaubereich genutzt. Die linken Längsseiten stellen den wärmeren Bereich und die rechten Längsseiten den kälteren Bereich dar. Die Isolationshilfe, die zum Beispiel eine halbe Mantelröhre darstellen kann, bedeckt den rechten Bereich der Längsseiten, wenn innerhalb eines festgelegten Zeitraumes ein Wärmeaustausch überwiegend mit dem linken Bereich der Längsseiten des Zylinders 5a erfolgen soll. Anschließend wird die Isolationshilfe gedreht und bedeckt den linken Bereich der Längsseiten, damit ein Wärmeaustausch in erster Linie mit dem rechten Bereich der Längsseiten des Zylinders 5a erfolgt. Wenn ein Plungerkolben 3a eingesetzt wird, kann die Isolationshilfe zwischen dem Plungerkolben 3a und den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a bewegt werden, wenn der Plungerkolben 3a für eine bestimmte Streckenlänge in den Zylinder 5a geschoben wird. Bei der Nutzung eines Kolbens 3a, der an den Zylinderwänden 5a anliegt, ist ein zusätzlicher Raum für die Aufnahme der Isolationshilfe erforderlich, der an dem Kolbenraum angebunden ist, wenn vorgesehen ist, das der Kolben 3a soweit in den Kolbenraum gefahren wird, dass die Isolationshilfe verschoben werden muss. Der Raum für die Aufnahme der Isolationshilfe kann sich auch am Kolben befinden.
An der Stelle oder zusätzlich zu dem Einsatz einer Isolationshilfe ist der Einsatz der Verdränger der Fluidräume 11a möglich. Eine Isolationshilfe bedeckt innerhalb des Zylinders 5a die inneren Begrenzungen bzw. die Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a. Aus diesem Grund ist der Wärmeaustausch an den Flächen, die von der Isolationshilfe bedeckt werden, reduziert. Die Verdränger des Fluidraums 11a bedecken die inneren Begrenzungen bzw. die andere Seite der Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a. An der Stelle bzw. Position, an der die Verdränger des Fluidraums 11a die Begrenzungen bzw. die Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a abdecken, strömt das Fluid zur Wärmeübertragung über diese Verdränger und hat keinen Kontakt zu den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a. Aus diesem Grund ist der Wärmeaustausch an den Flächen, die von den Verdrängern bedeckt werden, reduziert. Diese Verminderung des Wärmeaustausches, die auf die Positionierung der Verdränger des Fluidraums 11a zurückzuführen ist, ist ausreichend, wenn die Begrenzungen bzw. die Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a eine Wärmespeicherfähigkeit aufweisen, die ausreichend niedrig ist, und wenn der Wärmeaustausch aufgrund der Abdeckung durch die Verdränger des Fluidraums 11a ausreichend vermindert wird. Wenn die Wärmespeicherfähigkeit der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a ausreichend niedrig ist und/oder wenn eine Strömungshilfe 2a eingesetzt wird, die den Wärmeaustausch innerhalb des gleichen Zeitraumes an den vorgesehenen Bereichen ausreichend verringert, zum Beispiel weil das Arbeitsfluid 8a, welches von der Strömungshilfe 2a verschoben wird, vorwiegend an einen anderen Bereich der Wärmetauscherflächen vorbeigeführt wird, kann ein Einsatz der Verdränger des Fluidraums 11a zur Reduzierung des Wärmeaustausches erfolgen, ohne dass die Verwendung einer zusätzlichen Isolationshilfe innerhalb des Zylinders 5a notwendig ist. Eine Strömungshilfe 2a kann an einem bestimmten Bereich der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a vorbeigeführt werden, während der Wärmeaustausch überwiegend bzw. verstärkt an einem anderen Bereich der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a erfolgt. Dies ist abhängig von der Form der Strömungshilfe 2a. Um an einem anderen Bereich einen Wärmeaustausch in einem höheren Umfang zu ermöglichen, wird die Strömungshilfe 2a innerhalb des Zylinders 5a gedreht, damit das Arbeitsfluid 8a, welches von der Strömungshilfe 2a verschoben wird, überwiegend bzw. verstärkt an diesem Bereich der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a vorbeigeführt wird.
Bei dem Einsatz einer Isolationshilfe kann eine getrennt geführte Strömungshilfe 2a innerhalb des Zylinders 5a eingesetzt werden. Die Strömungshilfe 2a, die zusammen mit einer Isolationshilfe verwendet wird, führt das Arbeitsfluid 8a, welches bei einer Bewegung der Strömungshilfe 2a verschoben wird, verstärkt an bestimmten Bereichen der Längsseiten der Zylinderwände 5a vorbei. Diese Strömungshilfe 2a wird bei einer Drehung der Isolationshilfe ebenfalls gedreht, damit das Arbeitsfluid 8a, welches bei einer Bewegung der Strömungshilfe 2a verschoben wird, verstärkt an den Bereichen der Längsseiten der Zylinderwände 5a vorbeigeführt wird, die nicht durch eine Isolationshilfe abgedeckt sind. Das Arbeitsfluid 8a, welches bei einer Bewegung der Strömungshilfe 2a verschoben wird, wird an dem linken Bereich der Längsseiten vorbeigeleitet, wenn der rechte Bereich durch eine Isolationshilfe bedeckt ist, und das Arbeitsfluid 8a wird nach einer Drehung der Isolationshilfe und der Strömungshilfe 2a überwiegend an dem rechten Bereich der Längsseiten des Zylinders 5a vorbeigeführt, wenn die Isolationshilfe den linken Bereich der Längsseiten bedeckt. Bei der Verwendung einer Isolationshilfe wird innerhalb des Zylinders 5a ein Plungerkolben 3a eingesetzt. Der Abstand zwischen dem Plungerkolben 3a und den Seitenwänden des Zylinders 5a ist mindestens so breit, dass der Teil der Isolationshilfe, der sich zwischen dem Plungerkolben 3a und den Längsseiten des Zylinders 5a befindet, verschoben bzw. gedreht werden kann. Wenn kein Plungerkolben 3a eingesetzt wird, oder wenn vorgesehen ist, dass die Isolationshilfe für einen bestimmten Zeitraum aus dem Zylinder 5a geschoben wird, ist ein zusätzlicher Fluidraum für die Aufnahme der Isolationshilfe erforderlich, der an dem Zylinder 5a angeordnet wird. Der Kolben 3a liegt an den Zylinderwänden an, wenn kein Plungerkolben 3a eingesetzt wird. Der Fluidraum für die Aufnahme der Isolationshilfe grenzt an die Wand des Zylinders 5a, die sich gegenüber dem Kolben 3a befindet. Die Ausmaße und das Volumen des Fluidraums für die Aufnahme der Isolationshilfe ist an die Abmessungen und das Volumen der Isolationshilfe angepasst. Eine Isolationshilfe, die zusammen mit einem Fluidraum für die Aufnahme der Isolationshilfe eingesetzt wird, ist mit einer Mantelröhre vergleichbar bzw. mit einem Hohlzylinder, der an den Seiten offen ist. Bei einer Bewegung der Isolationshilfe in dem Zylinder 5a bzw. innerhalb der Zylinderwände 5a verdrängen die Wände der Isolationshilfe das Arbeitsfluid 8a des Fluidraumes des Zylinders 5a am Rand der Zylinderwände 5a. Die Isolationshilfe schiebt sich zwischen die Zylinderwand 5a und dem größeren Volumen des Arbeitsfluides 8a, welches sich im Fluidraum des Zylinders 5a befindet. Das größere Volumen des Arbeitsfluides 8a, das sich in dem Fluidraum des Zylinders 5a befindet, hat an den Stellen, an denen die Isolationshilfe die Zylinderwand 5a bedeckt, keinen Kontakt zu den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a, weil diese gegenüber diesem Volumen des Arbeitsfluides 8a durch die Isolationshilfe abgeschirmt bzw. abgedeckt sind. Die Isolationshilfe kann mit ihren Wänden in Form einer Röhre alle Längsseiten der Zylinderwände 5a abdecken oder mit einer Form, die zum Beispiel vergleichbar mit einer halben Mantelröhre ist, den Wärmeaustausch an der linken oder der rechten Längsseite der Zylinderwände 5a vermindern. Die Isolationshilfe kann an der Zylinderwand anliegen oder einen Abstand zu der Zylinderwand 5a aufweisen, wenn sie diese in bestimmten Bereichen abdeckt. Ein Abstand zwischen der Zylinderwand 5a und der Isolationshilfe ist vorteilhaft in Bezug auf die Minimierung der Reibungen etc. Ein Abstand bedeutet, dass auch bei einem Abdecken von bestimmten Bereichen der Zylinderwände 5a durch die Isolationshilfe, ein bestimmtes Volumen des Arbeitsfluides 8a zwischen der abgedeckten Zylinderwand 5a und der Isolationshilfe verbleibt, wobei die Größe des Volumens abhängig ist vom dem festgelegten Abstand zwischen der Isolationshilfe und der Zylinderwand 5a. Die Isolationshilfe kann aus Formen bestehen, die vergleichbar sind mit einer halben Mantelröhre oder aus kleineren Formen, die mit Teilen einer Mantelröhre vergleichbar sind, zum Beispiel einem Drittel einer Mantelröhre etc. Bei Isolationshilfen, die mit einer halben oder kleineren Mantelröhre vergleichbar sind, ist es vorteilhaft, wenn diese mit ihren Rändern dichter an den Zylinderwänden 5a anliegen, um bei möglichst weitgehender Minimierung der Reibung bei einer Drehung der Isolationshilfe den Wärmeaustausch in dem Bereich, der durch die Isolationshilfe abgedeckt wird, zu reduzieren. Weil die Ränder der Isolationshilfe dichter an den Zylinderwänden 5a anliegen, erfolgt ein entsprechend verringerter Austausch zwischen dem Volumen des Arbeitsfluides 8a, welches sich zwischen der Isolationshilfe und den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a befindet, und dem größeren Volumen des Arbeitsfluides 8a, welches im übrigen Fluidraum des Zylinders 5a verblieben ist. Aus diesem Grund ist der Wärmeaustausch reduziert. Für die vollständige Abdeckung der Längsseiten des Zylinders 5a wird eine Isolationshilfe eingesetzt, die mit einer vollständigen Mantelröhre bzw. mit einem Hohlzylinder, der an den Seiten offen ist, vergleichbar ist. Der Nachteil einer Isolationshilfe, die eine Form aufweist, die mit einer vollständigen Mantelröhre vergleichbar ist, besteht darin, dass diese auch beim Einsatz eines Plungerkolbens 3a nicht im Fluidraum verbleiben kann, weil alle Längsseiten der Zylinderwände 5a durch die Isolationshilfe abgedeckt werden. Wenn eine Isolationshilfe in den Fluidraum für die Aufnahme der Isolationshilfe geschoben wird, wird das Fluid aus diesem Fluidraum verdrängt. Es besteht die Möglichkeit, dass innerhalb des Fluidraums für die Aufnahme der Isolationshilfe ein Kolben angeordnet ist. Die Form des Kolbens ist an den Fluidraum für die Aufnahme der Isolationshilfe angepasst. Wenn die Isolationshilfe in den Fluidraum für die Aufnahme der Isolationshilfe geschoben wird, wird der Kolben in diesen Fluidraum hineingeschoben, damit das Volumen, welches durch das Zurückfahren des Kolbens freigegeben wird, für die Aufnahme der Isolationshilfe zur Verfügung steht. Damit der Kolben, der innerhalb des Fluidraums für die Aufnahme der Isolationshilfe angeordnet ist, verschoben werden kann, grenzt der Kolben mit der Kolbenwand, die sich gegenüber der Kolbenwand befindet, die zu dem Zylinder 5a mit der Isolationshilfe weist, an ein Fluid, welches für den Druckausgleich verwendet wird. Auf der anderen Seite eines Fluidraums oder einer Leitung mit dem Fluid für den Druckausgleich grenzt dieses Fluid außerdem an einen zweiten Kolben. Für einen Druckausgleich kann dieser zweite Kolben innerhalb des selben Zylinders 5a oder innerhalb eines anderen Zylinders verschoben werden. Ein zweiter Kolben für den Druckausgleich wird in die Richtung des Zylinders 5a geschoben, während der Kolben, der innerhalb des Fluidraums für die Aufnahme der Isolationshilfe angeordnet ist, in den Fluidraum für die Aufnahme der Isolationshilfe hineingeschoben wird, daher, ein Kolben wird ausgefahren und der andere Kolben wird eingezogen. Der zweite Kolben wird an der Wand des Zylinders 5a, die sich gegenüber von dem Kolben 3a befindet, angeordnet. Es besteht die Möglichkeit, dass sich der Kolben für den Druckausgleich in einem anderen Fluidraum befindet, wenn ein Druckniveauausgleich mit dem Fluid des Zylinders 5a nicht vorgesehen ist. Der Kolben für den Druckausgleich grenzt mit der Kolbenwand, die sich gegenüber der Kolbenwand befindet, die zu dem Zylinder 5a mit der Isolationshilfe weist, an das Fluid, welches für den Druckausgleich verwendet wird. An das Fluid für den Druckausgleich grenzt auf der einen Seite einer Leitung oder eines Fluidraumes die Seite des Kolbens des Fluidraums für die Aufnahme der Isolationshilfe, die sich gegenüber von der Seite dieses Kolbens befindet, die zu der Isolationshilfe und dem Kolben 3a des Zylinders 5a weist. Die Kolben werden entsprechend den Erfordernissen arretiert oder verschoben. Die Isolationshilfe besteht aus einem Material, welches eine möglichst niedrige Wärmeleitfähigkeit und eine möglichst geringe Wärmespeicherfähigkeit aufweist. Die Wanddicke der Isolationshilfe ist so groß bzw. gering, dass eine angemessene Minimierung der Wärmeleitfähigkeit noch möglich ist.
Der Wärmeaustausch erfolgt zwischen dem Fluid zur Wärmeübertragung und dem Arbeitsfluid 8a über die Begrenzungen des inneren Zylinders 5a. Deshalb ist es erforderlich, dass die Begrenzungen bzw. die Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit und eine möglichst geringe Wärmespeicherfähigkeit aufweisen. Eine Annäherung an diese Eigenschaften wird teilweise durch die Verwendung entsprechender Materialien, wie zum Beispiel Metalle mit Bestandteilen von Industriediamanten etc., erreicht. An der Stelle oder zusätzlichen zu dem Einsatz entsprechender Materialien, besteht eine Möglichkeit für eine Anpassung der Wärmespeicherfähigkeit und der Wärmeleitfähigkeit der Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a darin, dass die Fluide für den Wärmeaustausch von außen mit Druckverhältnissen an die Wärmetauscher geführt werden, die es ermöglichen, die Wärmetauscher bzw. die Wärmeüberträger mit einer geringeren Wanddicke und damit mit einer geringeren Wärmespeicherfähigkeit und mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit zu gestalten. Dies bedeutet auch, wenn aufgrund des vorgesehenen Materialeinsatzes und des Aufbaues der Wärmetauscherflächen bei gegebener Druckniveaudifferenz nicht die erforderliche niedrige Wärmespeicherfähigkeit der Wärmetauscherflächen erreicht wird, werden die Druckverhältnisse der Fluide zur Wärmeübertragung angepasst, um dadurch eine Gestaltung der Wärmetauscherflächen oder der Wärmeüberträger mit einer geringeren Wanddicke zu ermöglichen, damit die Wärmetauscherflächen oder die Wärmeüberträger eine geringere Wärmespeicherfähigkeit aufweisen. Für die Anpassung der Druckverhältnisse der Fluide zur Wärmeübertragung gibt es mehrere Möglichkeiten. Zum Beispiel kann nach einer Anpassung des Druckniveaus des Fluides für die Wärmeübertragung nur noch die halbe Druckniveaudifferenz des Fluides zur Wärmeübertragung gegenüber dem Druckniveau des Arbeitsfluides 8a vorliegen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass das Fluid für die Wärmeübertragung das durchschnittliche Druckniveau des Arbeitsfluides 8a aufweist. Zudem besteht die Möglichkeit, dass das Fluid für die Wärmeübertragung ein Druckniveau aufweist, welches zu jedem Zeitpunkt möglichst weitgehend an das Druckniveau des Arbeitsfluides 8a angepasst wird, wenn ein Fluid zur Wärmeübertragung verwendet wird, welches annähernd inkompressibel ist. Bei einer permanenten Anpassung des Druckniveaus des Fluides für die Wärmeübertragung können die Wände der Wärmetauscherflächen eine Wandstärke mit der minimalsten Dicke aufweisen. Damit verringert sich die Wärmespeicherfähigkeit der Wände der Wärmetauscherflächen und die Wärmeleitfähigkeit wird erhöht. Es besteht auch die Möglichkeit, dass mehrere voneinander getrennte Fluidströme nacheinander mit einem jeweils anderen Druckniveau oder Druckniveaubereich an die Maschine geführt werden. Zum Beispiel können Fluidströme mit einem niedrigeren Temperaturniveau, die ein niedrigeres Druckniveau aufweisen, an die Wärmetauscherflächen geführt werden, und danach Fluidströme mit einem höheren Temperaturniveau, die einen höheren Druck aufweisen. Es ist eine Einteilung in mehrere unterschiedliche Fluidströme möglich, die verschiedene Druckniveaus oder Druckniveaubereiche aufweisen. Daher, die Anpassung der Druckverhältnisse der Fluide zur Wärmeübertragung kann bedeuten, dass es neben der Einteilung der Fluidströme zur Wärmeübertragung in mehrere Temperaturniveaubereiche oder durchschnittliche Temperaturniveaus auch eine Einteilung in mehrere Druckniveaubereiche oder Druckniveaus geben kann. Abgesehen von der Zuleitung unterschiedlicher Fluidströme des Fluides für die Wärmeübertragung, die sich in Bezug auf das durchschnittliche Temperaturniveau und gegebenenfalls des durchschnittlichen Druckniveaus voneinander unterscheiden, kann auch ein einziger Fluidstrom zugeleitet werden, der entweder unterschiedliche Temperaturniveaubereiche aufweist und/oder bei der Ableitung in unterschiedliche Temperaturniveaubereiche oder Temperaturniveaus eingeteilt wird. Zusätzlich zu der Einteilung der Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung in verschiedene Temperaturniveaubereiche kann eine Einteilung in unterschiedliche Druckniveaubereiche umgesetzt werden oder eine permanente oder eine durchschnittliche Anpassung des Druckniveaus an das Druckniveau des Arbeitsfluides 8a erfolgen.
Die Nutzung der 4 kann wie folgt ablaufen. In einer Reihe von Öffnungen 9a wird das Fluid zur Wärmeübertragung in die 4 eingeleitet. Das Fluid zur Wärmeübertragung weist an jeder Öffnung 9a zu dem gleichen Zeitpunkt das selbe oder ein vergleichbares Temperaturniveau auf, wenn die folgenden Bestandteile eingesetzt werden. Innerhalb des Zylinders 5a wird eine Strömungshilfe 2a eingesetzt wird, die das Volumen des Arbeitsfluides 8a, welches bei einer Bewegung der Strömungshilfe 2a verschoben wird, an allen Längsseiten des Zylinders 5a vorbeiführt. Ferner verdrängt die Strömungshilfe 2a einen Teil des Volumens des Arbeitsfluides 8a vor den Verdrängern, die sich auf dem Kolben 3a und/oder auf der gegenüberliegenden Wand befinden, auf denen ebenfalls Wärmetauscherflächen angeordnet werden können. Es besteht auch die Möglichkeit, dass innerhalb des Zylinders 5a eine Strömungshilfe 2a nicht eingesetzt wird, oder dass keine Strömungshilfe 2a innerhalb eines Zylinders 5a angeordnet wird. Außerdem befindet sich innerhalb des Zylinders 5a keine Isolationshilfe. Ferner werden die Verdränger der Fluidräume 11a nicht für eine Steuerung der Temperierung des Arbeitsfluides 8a eingesetzt. Aus diesem Grund werden alle Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a zu jedem Zeitpunkt für einen Wärmeaustausch genutzt. Die Wärmetauscherflächen wechseln nach einer bestimmten Zeitspanne das Temperaturniveau oder den Temperaturniveaubereich, wenn eine Strömungshilfe 2a eingesetzt wird, die das Volumens des Arbeitsfluides 8a an allen Längsseiten des Zylinders 5a vorbeiführt, oder wenn keine Strömungshilfe 2a genutzt wird, und wenn keine Isolationshilfe verwendet wird, und wenn die Verdränger der Fluidräume 11a nicht für die Abdeckung von Wärmetauscherflächen genutzt werden, die sich aufgrund eines anderen durchschnittlichen Temperaturniveaus voneinander unterschieden. Der Strom des Fluides zur Wärmeübertragung, der in die 4 geleitet wird, ändert das Temperaturniveau und gegebenenfalls das Druckniveau. An der Stelle von einem Strom des Fluides zur Wärmeübertragung können mehrere getrennte Ströme des Fluides für die Wärmeübertragung in die 4 eingeführt werden, die nacheinander in die 4 eingeleitet werden. Die getrennten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung, die nacheinander in die 4 eingeführt werden, unterscheiden sich voneinander aufgrund eines anderen Temperaturniveaus oder aufgrund eines anderen Temperaturniveaubereiches sowie gegebenenfalls aufgrund eines anderen Druckniveaus, in Abhängigkeit davon, wieweit das Druckniveau des Fluides zur Wärmeübertragung an das Druckniveau des Arbeitsfluides 8a angepasst wird. Wenn sich das Druckniveau des Fluides zur Wärmeübertragung nicht ändert, kann die Trennung der einzelnen Fluidströme aufgrund der Durchleitung eines gasförmigen Fluides erfolgen, welches eine möglichst niedrige Wärmespeicherfähigkeit und eine möglichst niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist, und das zwischen den einzelnen Strömen des Fluides für die Wärmeübertragung durch die 4 geleitet wird. Zum Beispiel, wenn Wasser als Fluid zur Wärmeübertragung genutzt wird, welches aufgrund der Schwerkraft durch die 4 strömt.
Nach der Durchleitung eines bestimmten Wasservolumen erfolgt eine möglichst kurze Pause, in der sich nur ein Gas in den Fluidräumen 11a für das Fluid zur Wärmeübertragung befindet. Danach folgt wieder eine Druchleitung eines bestimmten Wasservolumens etc. Eine andere Möglichkeit für eine Trennung der einzelnen Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung besteht in dem Einsatz von Isolatoren. Zum Beispiel Kugeln aus einem Isolationsmaterial, die durch bewegungsflexible Abstandshalter voneinander getrennt sind. Die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung, die in die Einlässe 9a eingeführt werden, und die wieder durch die Auslässe 10a aus der 4 abgeleitet werden, werden nach der Ausleitung in unterschiedliche Bereiche oder in verschiedene Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung unterteilt, die sich durch einen unterschiedlichen Temperaturniveaubereich bzw. durch ein unterschiedliches durchschnittliches Temperaturniveau voneinander unterscheiden.
Im Gegensatz zu dieser Nutzung aller Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a zu jedem Zeitpunkt weisen die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung an den verschiedenen Öffnungen 9a zu dem gleichen Zeitpunkt ein unterschiedliches durchschnittliches Temperaturniveau auf, wenn die folgenden Bestandteile eingesetzt werden. Innerhalb des Zylinders 5a wird eine Strömungshilfe 2a eingesetzt, die das Volumen des Arbeitsfluides 8a, welches bei einer Bewegung der Strömungshilfe 2a verschoben wird, verstärkt an bestimmten Bereichen der Längsseiten des Zylinders 5a vorbeiführt. Auch bei dem Einsatz dieser Strömungshilfe 2a wird zusätzlich ein Teil des Volumens des Arbeitsfluides 8a, welches von dieser Strömungshilfe 2a verschoben wird, vor bestimmten Bereichen der Verdränger abführt, die sich auf dem Kolben 3a und/oder auf der gegenüberliegenden Wand befinden, und die ebenfalls Wärmetauscherflächen aufweisen können, wenn sich die Strömungshilfe kurz vor dem Kolben 3a oder vor der gegenüberliegenden Wand befindet. Abgesehen von dem Einsatz einer Strömungshilfe 2a oder von dem Einsatz mehrer Strömungshilfen 2a, besteht die Möglichkeit, dass eine Isolationshilfe oder mehrere Isolationshilfen innerhalb des Zylinder 5a angeordnet werden. Zudem können innerhalb der Fluidräume 11a Verdränger eingesetzt werden, die mit Stangen 12a zur Steuerung dieser Verdränger verbunden sind. Aufgrund des Einsatzes dieser Bestandteile weisen die Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a zu einem gleichen Zeitpunkt unterschiedliche Temperaturniveaus auf. Die Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a werden in Bereiche für einen bestimmten Temperaturniveaubereich oder in Abschnitte für ein bestimmtes Temperaturniveau unterteilt, wenn eine Strömungshilfe 2a eingesetzt wird, die das Volumen des Arbeitsfluides 8a, welches von der Strömungshilfe 2a verschoben wird, überwiegend an bestimmten Bereichen des Zylinders 5a vorbeiführt. Diese Strömungshilfe 2a kann für eine Änderung der Bereiche, an denen das Volumen des Arbeitsfluides 8a, welches von der Strömungshilfe 2a verschoben wird, überwiegend vorbeigeführt wird, innerhalb des Zylinders 5a gedreht werden, oder es werden mehrere Strömungshilfen 2a genutzt, die getrennt eingesetzt werden, und bei denen jede Strömungshilfe 2a das Arbeitsfluid 8a an einem anderen Bereich des Zylinders 5a vorbeiführt. Außerdem werden die Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a in Bereiche für einen bestimmten Temperaturniveaubereich oder in Abschnitte für ein bestimmtes Temperaturniveau unterteilt, wenn eine Isolationshilfe verwendet wird, und/oder wenn die Verdränger der Fluidräume 11a für eine Abdeckung von Wärmetauscherflächen genutzt werden, die sich aufgrund eines anderen durchschnittlichen Temperaturniveaus voneinander unterschieden. Eine Unterteilung der Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a in Bereiche für einen bestimmten Temperaturniveaubereich oder in Abschnitte für ein bestimmtes Temperaturniveau bedeutet zum Beispiel, dass der linke Bereich der Längsseiten des Zylinders 5a für einen Bereich mit höheren Temperaturniveaus genutzt wird, und der rechte Bereich der Längsseiten des Zylinders 5a für einen Bereich mit niedrigeren Temperaturniveaus verwendet wird. Es gibt einen linken Bereich, der wärmer ist, und einen rechten Bereich, der kälter ist. Aus diesem Grund wechseln die Wärmetauscherflächen das Temperaturniveau nur innerhalb eines bestimmten Bereiches der möglichen Gesamttemperaturniveaudifferenz des Fluides zur Wärmeübertragung oder die selben Wärmetauscherflächen weisen weitgehend das gleiche oder ein vergleichbares Temperaturniveau auf, wenn ein Wechsel des Temperaturniveaus der Wärmetauscherflächen nicht vorgesehen ist. Die Wärmetauscherflächen, die für einen bestimmten Temperaturniveaubereich oder für ein bestimmtes Temperaturniveau genutzt werden, sind von anderen Wärmetauscherflächen, die für einen anderen Temperaturniveaubereich oder für ein anderes Temperaturniveau verwendet werden, wärmeisoliert abgetrennt. Außerdem werden die Leitungen und die Kammern, die zu diesen abgetrennten Wärmetauscherflächen führen, damit das Fluid zur Wärmeübertragung zu diesen Wärmetauscherflächen geleitet werden kann, von anderen Leitungen und Kammern für andere abgetrennte Wärmetauscherflächen oder Bestandteile der 4 wärmeisoliert und abgetrennt geführt. Zu jeder abgetrennten Wärmetauscherflächen führen abgetrennte Leitungen und Fluidräume 11a. In jeder dieser abgetrennten Leitungen und Fluidräume 11a werden durch die Öffnungen 9a Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung eingeleitet, die sich von den Strömen des Fluides zur Wärmeübertragung, die getrennt geführt werden, durch ein anderes Temperaturniveau unterscheiden. Die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung, die ein höheres Temperaturniveau aufweisen, werden zu den Wärmetauscherflächen geleitet, die für ein höheres Temperaturniveau oder einen höheren Temperaturniveaubereich bestimmt sind. Die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung, die ein niedrigeres Temperaturniveau aufweisen, werden durch abgetrennte Leitungen und Fluidräume 11a zu den separaten Wärmetauscherflächen geleitet, die für ein niedrigeres Temperaturniveau oder einen niedrigeren Temperaturniveaubereich vorgesehen sind. Das Druckniveau dieser Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung wird an das durchschnittliche Druckniveau des Arbeitsfluides 8a angepasst oder es erfolgt eine permanente Anpassung des Druckniveaus der Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung, bei der das Druckniveau zu verschiedenen Zeitpunkten möglichst weitgehend an das Druckniveau des Arbeitsfluides 8a angepasst wird, falls dies erforderlich ist, und wenn ein annähernd inkompressibles Fluid zur Wärmeübertragung eingesetzt wird. Unabhängig von diesen Möglichkeiten, kann die Länge der Strecke bzw. die Größe der Fläche festgelegt werden, innerhalb der das Fluid zur Wärmeübertragung bei einer Durchleitung durch die 4 an den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a vorbeigeleitet wird. Die Länge der Strecke, mit der das Fluid zur Wärmeübertragung an den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a vorbeigeleitet wird, kann unverändert bleiben oder sie kann an die unterschiedlichen Stellungen bzw. Positionen des Kolbens 3a angepasst werden. Die Länge der Strecke bzw. die Größe der Fläche innerhalb der das Fluid zur Wärmeübertragung bei einer Durchleitung durch die 4 an den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a vorbeigeleitet wird, wird durch die Steuerung der Ventile und/oder Schieber festgelegt, die für verschiedenen Fluidräume an unterschiedlichen Positionen den Zufluss und die Ableitung des Fluides zur Wärmeübertragung regulieren, indem diese geöffnet oder geschlossen werden. Zudem werden die Verdränger des Fluidraums 11a mit Hifle der Stangen 12a an die Positionen bewegt, an denen der Wärmeaustausch vermindert werden soll. An diesen Positionen werden die Wärmetauscherflächen durch die Verdränger des Fluidraums bedeckt und der Wärmeaustausch ist entsprechend vermindert. Die Position der Verdränger kann an den Einsatz einer Strömungshilfe 2a oder mehrerer Strömungshilfen 2a und/oder den Einsatz einer Isolationshilfe oder mehrerer Isolationshilfen angepasst werden.
Um die Zuleitung und Abführung der Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung an den vorgesehenen Wärmeaustausch anzupassen, besteht die Möglichkeit, die Länge der Strecke bzw. die Größe der Fläche zu variieren, innerhalb der das Fluid zur Wärmeübertragung bei einer Durchleitung durch die 4 an den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a vorbeigeleitet wird, indem verschiedene Öffnungen 9a und Auslässe 10a zu unterschiedlichen Zeitpunkten geöffnet und verschlossen werden. Dies kann mit oder ohne den Einsatz von Verdrängern des Fluidraums 11a erfolgen. Dafür werden zu verschiedenen Zeitpunkten unterschiedliche Öffnungen 9a für die Zuleitung des Fluides zur Wärmeübertragung und/oder unterschiedliche Auslässe 10a für die Ableitung des Fluides zur Wärmeübertragung genutzt. Zudem kann durch eine Steuerung der Ventile und/oder Schieber der Öffnungen 9a sowie Auslässe 10a das Volumen angepasst werden, welches durch die Fluidräume 11a für die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung geleitet wird. Mit der Nutzung unterschiedlicher Öffnungen 9a sowie gegebenenfalls unterschiedlicher Auslässe 10a ändert sich die Länge der Strecke bzw. variiert die Größe der Fläche, innerhalb der ein Strom des Fluides zur Wärmeübertragung bei einer Durchleitung durch die 4 an den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a vorbeigeleitet wird. Außerdem können unterschiedliche Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung in verschiedene Öffnungen 9a eingeführt werden. Wenn das Fluid zur Wärmeübertragung durch die 4 geleitet wird, und sich die Länge der Strecke nicht ändert bzw. die Größe der Fläche nicht variiert, innerhalb der das Fluid zur Wärmeübertragung bei einer Durchleitung durch die 4 an den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a vorbeigeleitet wird, wird das Fluid zur Wärmeübertragung durch eine Reihe von Öffnungen 9a am Ende des Zylinders eingeführt und durch die Auslässe 10a am anderen Ende des Zylinders wieder abgeführt. Die Öffnungen 9a für die Zuleitung des Fluides zur Wärmeübertragung und die Auslässe 10a für die Ableitung des Fluides zur Wärmeübertragung ändert sich bei dieser Nutzung nicht. Für jeden Prozessschritt werden die gleichen Öffnungen 9a für die Zuleitung des Fluides zur Wärmeübertragung und die gleichen Auslässe 10a für die Ableitung des Fluides zur Wärmeübertragung genutzt. Aus diesem Grund bleibt der Abstand zwischen den Öffnungen 9a für die Zuleitung des Fluides zur Wärmeübertragung und den Auslässen 10a für die Ableitung des Fluides zur Wärmeübertragung unverändert. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass innerhalb der Fluidräume 11a keine Verdränger eingesetzt werden.
Wenn die Verdränger des Fluidraums 11a genutzt werden, und wenn das Fluid zur Wärmeübertragung durch die 4 geleitet wird, und die Länge der Strecke bzw. die Größe der Fläche variiert, innerhalb der das Fluid zur Wärmeübertragung bei einer Durchleitung durch die 4 an den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a vorbeigeleitet wird, strömt das Fluid zur Wärmeübertragung durch eine Reihe von Öffnungen 9a am Ende des Zylinders in die Fluidräume 11a. Innerhalb der Fluidräume 11 wird es an den Verdrängern des Fluidraumes 11a und anschließend an den freigegebenen Begrenzungen bzw. den Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a geführt. Danach wird es durch die Öffnungen 10a am anderen Ende des Zylinders wieder abgeleitet. Die Verdränger des Fluidraumes 11a werden über die Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a geschoben und verdrängen an den Stellen, an denen sie geschoben werden, das zugeführte Fluid zur Wärmeübertragung. Aus diesem Grund hat das zugeführte Fluid zur Wärmeübertragung an diesen Stellen kein Kontakt mehr mit den Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a. Die Verschiebung der Verdränger des Fluidraums 11a kann erfolgen, um die Stellungen bzw. die Positionen des Kolbens 3a auszugleichen. Der Wärmeaustausch wird an den Stellen vermindert, an denen sich aufgrund der Verschiebung eines Kolbens 3a nicht mehr das Arbeitsfluid 8a des Fluidraums des Zylinders 5a befindet, sondern der Kolben 3a. Außerdem erfolgt eine Abdeckung der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a aufgrund der Verschiebung der Verdränger des Fluidraums 11a um den Einsatz einer Strömungshilfe 2a oder einer Isolationshilfe zu unterstützen. Ferner kann der Einsatz der Verdränger des Fluidraums 11a erforderlich sein, wenn die Verwendung einer zusätzlichen Isolationshilfe nicht vorgesehen ist.
Der Kolben 3a oder der Plungerkolben 3a weist einen zusätzlichen Isolationskörper auf. Der Isolationskörper des Kolben 3a oder des Plungerkolben 3a stellt eine Verlängerung des Kolbens zur Verminderung der Wärmeübertragung dar. Dieser Isolationskörper des Kolbens 3a hat eine Länge, die mindestens der Länge des Fluidraums des Zylinders 5a entspricht. Der Abstand der Seitenwände des verlängerten Kolbens 3a zu den Seitenwänden des Zylinders 5a ist groß genug, um die Reibungen bei einer Verschiebung des Kolbens 3a möglichst weitgehend zu minimieren. Der längere Körper des Kolbens 3a reduziert unter anderem den Wärmeaustausch zwischen den Wärmetauscherflächen und dem Fluid, welches sich außerhalb des Fluidraumes des Zylinders 5a befindet. Dieser Isolationskörper besteht aus einem Material mit einer möglichst geringen Wärmespeicherfähigkeit und mit einer möglichst geringen Wärmeleitfähigkeit. Außerdem werden an dem Isolationskörper zusätzliche Dichtungen angeordnet, die sich zwischen den Seitenwänden des Isolationskörpers bzw. des verlängerten Körpers des Kolbens 3a oder des Plungerkolbens 3a und den Seitenwänden des Zylinders 5a befinden, falls dies erforderlich ist.
Unabhängig von der Länge der Strecke, die das Fluid zur Wärmeübertragung durch die 4 geleitet wird, wird es innerhalb eines Bereiches an den Begrenzungen bzw. den Wärmetauscherflächen des inneren Zylinders 5a vorbeigeleitet. Wenn sich auf der anderen Seite der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des inneren Zylinders 5a das Arbeitsfluid 8a des Fluidraums des Zylinders 5a befindet, kann über die Begrenzungen bzw. die Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid für die Wärmeübertragung und dem Arbeitsfluid 8a erfolgen. Der Wärmeaustausch wird verstärkt, wenn eine Strömungshilfe 2a das Volumen des Arbeitsfluides 8a, welches durch die Strömungshilfe 2a verschoben wird, an diesen Wärmetauscherflächen vorbeiführt. Das Arbeitsfluid 8a wird durch einen möglichen Einsatz der Strömungshilfe 2a in einem geeigneten Abstand und für eine ausreichend große Fläche bzw. Strecke sowie in einer passenden Geschwindigkeit an den Wärmetauscherflächen vorbeigeführt. Dabei weist das Arbeitsfluid 8a Verwirbelungen auf, die an den vorgesehenen Wärmeaustausch angepasst sind. Für diese Aufgabe wird die Strömungshilfe 2a zwischen dem Kolben 3a und der Wand des Zylinders 5a, die gegenüber von dem Kolben 3a angeordnet ist, permanent hin- und hergefahren. Die Anzahl der Verschiebungen der Strömungshilfe 2a ist von mehreren Faktoren abhängig, unter anderem von der Form der Strömungshilfe 2a, der Oberflächenstruktur und der Materialien der Strömungshilfe 2a und der Wände des Zylinders 5a, dem eingesetzten Fluid, von der Geschwindigkeit der Verschiebungen der Strömungshilfe 2a und von dem vorgesehenen Aufwand und dem Zeitraum für diese Verschiebungen in Abhängigkeit von dem jeweiligen Prozessziel. Die Strecke, die die Strömungshilfe 2a innerhalb des Zylinders 5a zurücklegt, wird an den Abstand zwischen dem Kolben 3a und der gegenüberliegenden Wand des Zylinders 5a angepasst. Es besteht die Möglichkeit, dass die Strömungshilfe 2a eine Form aufweist, bei der das Arbeitsfluid überwiegend an einem bestimmten Bereich der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a vorbeigeführt wird. Der Wärmeaustausch wird an den Stellen vermindert, an denen das Arbeitsfluid zu diesem Zeitpunkt überwiegend nicht vorbeiströmt. Für einen Wechsel dieses Bereiches wird die Strömungshifle 2a innerhalb des Zylinders 5a gedreht, wenn der Einsatz von mehreren getrennt geführten Strömungshilfen 2a nicht vorgesehen ist. Zusätzlich oder an der Stelle des Einsatzes dieser Strömungshilfe 2a wird der Wärmeaustausch zwischen dem Fluid für die Wärmeübertragung und dem Arbeitsfluid 8a an den Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a verringert, die innerhalb des Zylinders 5a durch eine Isolationshilfe abgedeckt werden. Eine Veränderung der Position der Isolationshilfe erfolgt, indem diese innerhalb des Zylinders 5a gedreht wird. Wenn dagegen alle Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a zu jeden Zeitpunkt genutzt werden, wird das Fluid für die Wärmeübertragung mit einer festgelegten zeitlichen Abfolge und mit einem unterschiedlichen Temperaturniveau an den Wärmetauscherflächen vorbeigeleitet. Dies erfolgt unabhängig von dem möglichen Einsatz mindestens einer Strömungshilfe 2a und/oder mindestens einer Isolationshilfe. Das Arbeitsfluid 8a wird durch das Fluid für die Wärmeübertragung über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des inneren Zylinders 5a temperiert. Diese Temperierung kann durch eine Strömungshilfe 2a unterstützt werden, die dass bewegte Fluid 8a an allen Längsseiten des Zylinders 5a vorbeiführt. Zum Beispiel wird das Fluid für die Wärmeübertragung erst mit einem niedrigeren Temperaturniveaubereich oder mit einem niedrigeren Temperaturniveau und danach mit einem höheren Temperaturniveaubereich oder mit einem höheren Temperaturniveau an die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a geleitet.
Wenn getrennte Wärmetauscherflächen eingesetzt werden, die sich durch die Nutzung eines bestimmten Temperaturniveaubereiches oder eines bestimmten Temperaturniveaus voneinander unterscheiden, weisen die Wärmetauscherflächen zu einem gleichen Zeitpunkt unterschiedliche Temperaturniveaus auf. Es werden unterschiedliche Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung, die sich aufgrund eines unterschiedlichen Temperaturniveaubereiches oder eines unterschiedlichen Temperaturniveaus voneinander unterscheiden, getrennt in die 4 eingeführt. Die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung weisen an den verschiedenen Öffnungen 9a zu dem gleichen Zeitpunkt ein unterschiedliches durchschnittliches Temperaturniveau auf. Zum Beispiel wird ein Strom des Fluides für die Wärmeübertragung mit einem niedrigeren Temperaturniveaubereich oder mit einem niedrigeren Temperaturniveau in die 4 eingeführt, während zeitgleich die Einführung eines getrennt geführten Stromes des Fluides für die Wärmeübertragung mit einem höheren Temperaturniveaubereich oder mit einem höheren Temperaturniveau angehalten wurde, weil der Wärmeaustausch überwiegend mit den Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a erfolgt, die ein niedrigeres Temperaturniveau aufweisen. Danach wird ein Strom des Fluides für die Wärmeübertragung mit einem höheren Temperaturniveaubereich oder mit einem höheren Temperaturniveau in die 4 eingeführt, während zeitgleich die Einführung eines getrennt geführten Stromes des Fluides für die Wärmeübertragung mit einem niedrigeren Temperaturniveaubereich oder mit einem niedrigeren Temperaturniveau unterbrochen wird, weil der Wärmeaustausch überwiegend mit den Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a erfolgt, die ein höheres Temperaturniveau aufweisen. Das Arbeitsfluid 8a wird zu unterschiedlichen Zeitpunkten für eine bestimmte Zeitspanne an verschiedene Wärmetauscherflächen vorbeigeführt, zum Beispiel indem eine Strömungshilfe 2a mit der entsprechenden Form und/oder eine Isolationshilfe eingesetzt wird, und/oder die Verdränger des Fluidraums 11a genutzt werden. Das Arbeitsfluid 8a wird zum Beispiel erst an Wärmetauscherflächen vorbeigeleitet, die ein niedrigeres durchschnittliches Temperaturniveau aufweisen. Danach wird das Arbeitsfluid 8a an Wärmetauscherflächen vorbeigeführt, die für ein höheres durchschnittliches Temperaturniveau genutzt werden und so weiter. Diese weitere Differenzierung des Wärmeaustausches mit der Nutzung getrennter Wärmetauscherflächen kann zusätzlich oder an der Stelle von einer Einleitung des Fluides für die Wärmeübertragung erfolgen, welches mit einer festgelegten zeitlichen Abfolge und mit einem unterschiedlichen durchschnittlichen Temperaturniveau an den gleichen Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a vorbeigeleitet wird. Die abgeleiteten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung werden in Bereiche oder Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung unterteilt, die sich aufgrund eines anderen Temperaturniveaus voneinander unterscheiden, wenn eine weitere Nutzung des Temperaturniveaus der Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung vorgesehen ist.
Unabhängig von dem Verlauf des Wärmeaustausches ändert das Arbeitsfluid 8a aufgrund der Temperierung durch das Fluid zur Wärmeübertragung, die über die Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a erfolgt, das Temperaturniveau. Mit der Änderung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides 8a ändert sich das Druckniveau und/oder das Volumen des Arbeitsfluides 8a. Entsprechend dieser Änderung erfolgt eine Bewegungsausführung des Kolbens 3a. Die 4 sowie die folgenden 5, 6 und/oder deren Varianten und/oder die Kombinationen dieser Fig. können für die Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen bzw. als Wärmekraftmaschine oder für die Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen bzw. als Kraft-Wärme-Maschine genutzt werden. Bei der Nutzung der Fig. können unter anderem alle Prozessschritte eines Carnot'schen Vergleichsprozesses umgesetzt werden.
Die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung werden durch die Öffnungen 9a in die 4 eingeleitet. In den Fluidräumen 11a werden die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung an den Verdrängern und an den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a vorbeigeführt. Über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a erfolgt ein Wärmeaustausch. Anschließend werden die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung wieder durch die Auslässe 10a aus der 4 abgeführt. Die abgeführten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung werden in verschiedene Bereiche oder Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung eingeteilt, die sich aufgrund eines anderen durchschnittlichen Temperaturniveaus voneinander unterscheiden. Die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung, die aus der 4 abgeführt wurden, werden entsprechend ihrem durchschnittlichen Temperaturniveau in eine andere Vorrichtung, zum Beispiel in eine weitere 4, geleitet, damit das Temperaturniveau der abgeführten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung genutzt werden kann. Zusätzlich oder an der Stelle einer Weiterleitung der abgeführten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung in eine weitere Vorrichtung, zum Beispiel in eine weitere 4, zur Nutzung des durchschnittlichen Temperaturniveaus der abgeleiteten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung, besteht die Möglichkeit, dass die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung in einer wärmeisolierten Leitung zwischengespeichert werden. Nach der Zwischenspeicherung der Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung werden die abgeführten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung in eine Vorrichtung für eine Nutzung des durchschnittlichen Temperaturniveaus eingeführt. Diese Vorrichtung kann die gleiche 4 sein, aus der die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung vor der Zwischenspeicherung abgeführt wurden. Die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung, die ein durchschnittliches Temperaturniveau aufweisen, welches für eine weitere Nutzung in anderen Vorrichtungen oder in der gleichen 4 nicht mehr vorgesehen ist, werden aus einer Anlage, die mehrere Vorrichtungen für eine Nutzung des Temperaturniveaus der Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung und mehrere Zwischenspeicher umfasst, abgeführt. Aufgrund der Weiterleitung und/oder der Zwischenspeicherung der Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung besteht unter anderem die Möglichkeit, einen bestimmten Teil eines Wärmespeichers bzw. eines Regenerators zu ersetzen, der innerhalb des Zylinders 5a genutzt wird. Mit der 6 wird eine Vorrichtung beschrieben, die innerhalb des Zylinders 5a einen zusätzlichen Wärmespeicher aufweist.
Zwischen den Öffnungen 9a für die Zuleitung des Fluides zur Wärmeübertragung und den Auslässen 10a für die Abführung des Fluides zur Wärmeübertragung, wird das Fluid zur Wärmeübertragung durch die Fluidräume 11a geleitet. Die Abstände zwischen den Öffnungen 9a und den Auslässen 10a können variiert werden. Damit ändern sich die Längen der Strecken, die das Fluid zur Wärmeübertragung innerhalb der Fluidräume 11a zurücklegt. Eine Möglichkeit besteht darin, dass mehrere Reihen von Öffnungen 9a und Auslässen 10a untereinander angeordnet werden. An dem oberen Ende des Zylinders 6a wird eine Reihe von Öffnungen 9a für die Zuleitung des Fluides zur Wärmeübertragung angeordnet, unter dieser Reihe von Öffnungen 9a wird die dazugehörige Reihe von Auslässen 10a für die Abführung dieses zugeleiteten Fluides zur Wärmeübertragung angeordnet. Unterhalb dieser Reihe von Auslässen 10a wird wieder eine Reihe von Öffnungen 9a für die Zuleitung des Fluides zur Wärmeübertragung angeordnet, die von der oberen Reihe von Auslässen 10a abgetrennt ist. Unter dieser Reihe von Öffnungen 9a für die Zuleitung des Fluides zur Wärmeübertragung wird wieder eine Reihe von Auslässen 10a angeordnet, aus denen das Fluid zur Wärmeübertragung, welches durch die vorherigen Öffnungen 9a in die 4 eingeleitet wurde, wieder abgeführt wird. Unterhalb von dieser Reihe mit den Auslässen 10a wird wieder eine Reihe von Öffnungen 9a für die Zuleitung des Fluides zur Wärmeübertragung angebracht, die von der obrigen Reihe der Auslässe 10a abgetrennt ist, und so weiter. Eine Reihe von Öffnungen 9a für die Zuleitung des Fluides zur Wärmeübertragung und eine Reihe von dazugehörigen Auslässen 10a für die Abführung des Fluides zur Wärmeübertragung werden nacheinander an der Zylinderwand 6a angeordnet. Die Abstände zwischen den Reihen von Öffnungen 9a und dazugehörigen Auslässen 10a können bei verschiedenen 4 unterschiedlich sein. Eine Reihe von Öffnungen 9a und die dazugehörigen Reihe von Auslässen 10a können durch abgetrennte Fluidräume 11a sowie durch getrennt geführte Zuleitungen und Ableitungen von den anderen Reihen der Öffnungen 9a und Auslässe 10a abgetrennt sein. Außerdem ist es möglich, dass mehrere Reihen von Öffnungen 9a und Auslässen 10a an der Zylinderwand 6a angeordnet werden, die nicht voneinander getrennt sind, und die durch den Einsatz von Ventilen und/oder Schiebern innerhalb der Fluidräume 11a abgetrennt werden können.
Die 4 kann für eine Komprimierung oder für eine Expansion eines Fluides eingesetzt werden, welches von außen in die 4 eingeleitet wird. Nach der Kompression oder Expansion dieses Fluides wird das zugeführte Fluid wieder aus der 4 abgeleitet. Für diese Verwendung sind die Abstände zwischen den Reihen mit den Öffnungen 9a für die Zuleitung des Fluides zur Wärmeübertragung und den dazugehörigen Reihen mit den Auslässen 10a für die Abführung dieses Fluides zur Wärmeübertragung möglichst gering, damit die Erhöhung oder Verringerung des Temperaturniveaus des Fluides zur Wärmeübertragung bei dem Wärmeaustausch möglichst niedrig ist, wenn keine anschließende Nutzung des erhöhten oder verringerten Temperaturniveaus des abgeleiteten Fluides zur Wärmeübertragung vorgesehen ist, und wenn zum Beispiel eine annähernd isotherme Kompression oder isotherme Expansion erfolgen soll. Bei einer Kompression des Fluides, wird das Temperaturniveau des komprimierten Fluides aufgrund der Temperierung durch das Fluid zur Wärmeübertragung, die über die Wärmetauscherflächen bzw. Begrenzungen des inneren Zylinders 5a erfolgt, verringert. Das Fluid zur Wärmeübertragung kühlt das komprimierte Fluid innerhalb des Zylinders 5a. Der Wärmeaustausch zwischen dem komprimierten Fluid 8a und dem Fluid zur Wärmeübertragung über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a wird beeinflusst bzw. verstärkt, wenn eine Strömungshilfe 2a das Volumen des komprimierten Fluides, welches durch die Strömungshilfe 2a verschoben wird, an den Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a vorbeiführt. Das komprimierte Fluid wird durch einen möglichen Einsatz der Strömungshilfe 2a in einem geeigneten Abstand und für eine ausreichend lange Strecke bzw. große Fläche sowie in einer passenden Geschwindigkeit an den Wärmetauscherflächen vorbeigeführt. Dabei weist das komprimierte Fluid Verwirbelungen auf, die an den angestrebten Wärmeaustausch angepasst sind. Für diese Aufgabe wird die Strömungshilfe 2a zwischen dem Kolben 3a und der gegenüberliegenden Wand des Zylinders 5a permanent hin- und hergefahren. Die Strecke, die die Strömungshilfe 2a innerhalb des Zylinders 5a zurücklegt, wird an den Abstand zwischen dem Kolben 3a des Zylinders 5a und der Wand, die gegenüber von dem Kolben 3a angeordnet ist, angepasst. Es besteht die Möglichkeit, dass die Form sowie die Geschwindigkeit der Verschiebung der Strömungshilfe 2a an die Bedingungen innerhalb des Zylinders 5a angepasst werden, wenn sich die Bedingungen für den Einsatz der Strömungshilfe 2a verändern. Die Bedingungen für den Einsatz der Strömungshilfe 2a können sich ändern, wenn zum Beispiel das Volumen des Fluides 8a aufgrund einer Kompression um ein Mehrfaches verkleinert wird, oder wenn ein anderer Prozessablauf erfolgt. Wenn das Fluid, welches komprimiert wird, in eine flüssige Phase wechselt, wird der weitere Einsatz einer Strömungshilfe 2a innerhalb des Zylinders 5a entsprechend angepasst. Der Einsatz einer Strömungshilfe 2a ist nicht mehr erforderlich, wenn unter anderem der Wärmeaustausch über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a zwischen dem Fluid für die Wärmeübertragung und dem komprimierten Fluid einen ausreichenden Umfang aufweist, weil sich die Wärmeleitfähigkeit des komprimierten Fluides erhöht hat. Wenn das Fluid, das eine flüssige Phase aufweist, weiterhin bei der Temperieung durch den Einsatz einer Strömungshilfe unterstützt wird, besteht die Möglichkeit, dass die Strömungshilfe nur innerhalb der gasförmigen Phase bewegt wird, oder das die Strömungshilfe in die flüssige Phase eintaucht, um das Fluid an die Seitenwände zu drängen, um damit die Fläche für einen Wärmeaustausch zu vergrößern. Eine Strömungshilfe 2a, die nicht genutzt wird, oder die im weiteren Prozessablauf nicht mehr eingesetzt wird, kann zum Beispiel an der Wand, die sich gegenüber von dem Kolben 3a befindet, angeordnet werden.
Mehrere 4 können in einem gemeinsamen weiteren Fluidraum angeordnet werden. Der gemeinsame weitere Fluidraum, in dem sich mehrere Kolbenmaschinen bzw. mehrere 4 befinden, benötigt keine Öffnungen durch die bewegliche Bestandteile geführt werden, wenn zum Beispiel an der Stelle einer Kolbenstangen 4a eines Kolben 3a einer 4 ein magnetischer Verbund die Kraft überträgt. Für die Übertragung der Kraft wird an dem Fluidraum des Zylinders 5a ein zusätzlicher wärmeisolierter Fluidraum angeordnet, der ein Druckniveau aufweist, welches an das durchschnittliche Druckniveau des Fluidraum des Zylinders 5a angepasst ist. In dem zusätzlichen Fluidraum befinden sich die Vorrichtungen, die die Bestandteile mit den Magneten oder den magnetischen Kontakten bewegen, damit über den magnetischen Verbund der Kolben 3a innerhalb des Zylinders 5a einer 4 verschoben wird.
Wenn die Kolben 3a von mehreren 4 mit Hilfe von Kolbenstangen 4a verschoben werden, benötigt der gemeinsame weitere Fluidraum, in denen die 4 angeordnet werden, Öffnungen durch die die Kolbenstangen 4a geführt werden. Der Durchmessser einer Kolbenstange 4a kann entsprechend klein sein, um Reibungen zu vermeiden. Die Dichtungen der Kolben 3a, die sich zwischen den Kolben 3a und den Zylinderwänden 5a befinden, können so eingestellt werden, dass die Reibungen zwischen den Kolben 3a und den Zylinderwänden 5a möglichst weitgehend minimiert werden, weil sich die Kolbenräume der 4 innerhalb des gemeinsamen weiteren Fluidraums befinden. Da die Öffnungen für die Kolbenstangen 4a von mehreren 4 einen kleineren Durchmesser aufweisen als die Durchmesser der Kolben 3a, die innerhalb der Zylinder 5a von mehreren 4 angeordnet sind, sind die Reibungen zwischen den Kolbenstangen 4a und den Begrenzungen bzw. Wänden des gemeinsamen weiteren Fluidraums geringer, als die Reibungen zwischen den Kolben 3a und den Zylinderwänden 5a. Aus diesem Grund ist der Einsatz eines gemeinsamen weiteren Fluidraums vorteilhaft, auch wenn kein magnetischer Verbund die Kraft für die Bewegung der Kolben 3a überträgt. Das Druckniveau des Fluides in dem gemeinsamen weiteren Fluidraum und in den zusätzlichen Fluidräumen kann an das durchschnittliche Druckniveau des Arbeitsfluides 8a in den Fluidräumen der Zylinder 5a der 4 angepasst werden. Die Fluidräume sind mit Leitungen für die Zufuhr und Ableitung des Fluides 8a der Zylinder 5a verbunden. Aufgrund der Zufuhr oder Ableitung des Fluid 8a durch die Leitungen, die mit den Fluidräumen verbunden sind, kann das Druckniveau des Fluides in diesen Fluidräumen reguliert werden. Die Verbindung der Fluidräume der Zylinder 5a von mehreren 4 mit Leitungen 7a für die Zufuhr und für die Ableitung des Fluides 8a ist gegebenenfalls nicht notwendig, wenn in den Fluidräumen der Zylinder 5a der 4 und in dem gemeinsamen weiteren Fluidraum das gleiche Fluid eingesetzt wird, und wenn eine andere Einstellung eines Teils der Dichtungen der Kolben 3a der 4 für einen bestimmten Zeitraum möglich ist, bei der das Fluid durch eine Ausnehmung zwischen den Kolben 3a der 4 und den Seitenwänden der Zylinder 5a strömen kann, um aus dem gemeinsamen weiteren Fluidraum in die Zylinder 5a der 4 zu strömen und umgekehrt. Wenn die 4 für eine Komprimierung eines Fluides eingesetzt werden, welches von außerhalb in die 4 eingeführt wird, sind Leitungen 7a für eine Zufuhr des Fluides und für eine Ableitung des komprimierten Fluides erforderlich. Die Bewegung der Kolben 3a der 4, die in einem gemeinsamen weiteren Fluidraum angeordnet sind, ist gegenläufig. Die Bewegung der Kolben 3a der 4 ist so aufeinander abgestimmt, dass das Druckniveau des Fluides in dem gemeinsamen weiteren Fluidraum möglichst weitgehend unverändert bleibt. Daher, wenn sich das Volumen eines Fluidraums des Zylinders 5a einer 4 verkleinert, vergrößert sich das Volumen eines Fluidraums des Zylinders 5a einer anderen 4. Die Anzahl der 4, die innerhalb eines weiteren gemeinsamen Fluidraums angeordnet werden, sowie das Volumen des gemeinsamen weiteren Fluidraums, richtet sich unter anderem nach der Möglichkeit, dass durch eine abgestimmte Bewegung der Kolben 3a der 4 das Druckniveau des Fluides in dem gemeinsamen weiteren Fluidraum möglichst weitgehend unverändert bleibt.
Aufgrund von Reibungen oder Weiterleitungen der Wärme kann das Temperaturniveau des Fluides des gemeinsamen weiteren Fluidraums steigen, wenn dieser Fluidraum wärmeisoliert ist. Wenn das Fluid des gemeinsamen weiteren Fluidraums ein erhöhtes Temperaturniveau aufweist, zum Beispiel aufgrund von Reibungen, muss das erhöhte Temperaturniveau des Fluides des gemeinsamen weiteren wärmeisolierten Fluidraums wieder abgebaut bzw. verringert werden. Der Abbau des erhöhten Temperaturniveaus kann mit dem Ziel erfolgen, das Temperaturniveau des Fluides in dem gemeinsamen weiteren Fluidraum möglichst niedrig zu halten. Außerdem kann ein Ziel des Abbaues des erhöhten Temperaturniveaus darin bestehen, dass das erhöhte Temperaturniveau möglichst weitgehend genutzt wird. Damit das erhöhte Temperaturniveau des Fluides in dem gemeinsamen weiteren Fluidraum genutzt werden kann, wird es ab einem bestimmten festgelegten Temperaturniveau abgebaut bzw. verringert. Das erhöhte Temperaturniveau des Fluides in dem gemeinsamen weiteren Fluidraum wird erst ab einem bestimmten festgelegten Temperaturniveau abgebaut, um das erhöhte Temperaturniveau dieses Volumens des Fluides mit einer höheren Temperaturniveaudifferenz zu nutzen. Die Temperaturniveaudifferenz ergibt sich aus dem Unterschied zwischen dem Volumen des Fluides mit dem erhöhten Temperaturniveau und dem Volumen des Fluides mit dem niedrigsten Temperaturniveau, welches in einer Anlage für die Nutzung der Temperaturniveaudifferenzen zur Verfügung steht. Wenn diese Nutzung der Temperaturniveaudifferenz nicht im Vordergrund steht, besteht die Möglichkeit, dass das Temperaturniveau des Fluides in dem gemeinsamen weiteren Fluidraum an das durchschnittlichen Temperaturniveau des Arbeitsfluides 8a in den Fluidräumen der Zylinder 5a angepasst wird etc. Bei einer Nutzung des erhöhten Temperaturniveaus ist ein erhöhtes Temperaturniveau des Fluides in dem gemeinsamen weiteren Fluidraum vorteilhaft, welches möglichst hoch ist, sofern berücksichtigt wird, dass unerwünschte Wärmeleitungen etc. weitgehend vermieden werden. Aus diesem Grund wird das Fluid mit dem erhöhten Temperaturniveau in dem gemeinsamen weiteren Fluidraum nicht bis auf ein möglichst niedriges Temperaturniveau temperiert. Ferner besteht die Möglichkeit, dass der gemeinsame weitere Fluidraum in mehrere Temperaturniveaubereiche unterteilt wird, zwischen denen sich eine Wärmeisolierung befindet. Bei der Nutzung des erhöhten Temperaturniveaus des Fluides ist das Temperaturniveau des Volumens des Fluides in dem gemeinsamen weiteren wärmeisolierten Fluidraum innerhalb bestimmter Grenzen permanent um eine bestimmte Temperaturniveaudifferenz höher als das Temperaturniveau der Umgebung der Vorrichtung oder als das Volumen des Fluides mit dem niedrigsten Temperaturniveau, welches in einer Anlage für die Nutzung der Temperaturniveaudifferenzen zur Verfügung steht. Die Temperaturniveaudifferenz oberhalb dieses erhöhten Temperaturniveaus, welches permanent vorhanden ist, wird genutzt bzw. abgebaut. Wenn das Temperaturniveau des Fluides in dem gemeinsamen weiteren wärmeisolierten Fluidraum um diese Temperaturniveaudifferenz, die das permanent erhöhte Temperaturniveau weiter erhöht hat, angestiegen ist, erfolgt eine Temperierung des Fluides bis zu dem permanent höheren Temperaturniveau des Fluides des gemeinsamen weiteren Fluidraums. Das Temperaturniveau des Fluides in dem weiteren gemeinsamen Fluidraum ist permanent erhöht, weil sich aufgrund des Abbaues einer möglichst geringen Temperaturniveaudifferenz dieses erhöhten Temperaturniveaus eine größere Temperaturniveaudifferenz für die Nutzung ergibt. Die größere Temperaturniveaudifferenz für die Nutzung ergibt sich aus der Differenz zwischen dem Volumen des Fluides, welches aufgrund der abgebauten Temperaturniveaudifferenz ein erhöhtes Temperaturniveau aufweist, und dem Temperaturniveau der Umgebung der Vorrichtung oder dem Volumen des Fluides mit dem niedrigsten Temperaturniveau, welches in einer Anlage für die Nutzung der Temperaturniveaudifferenzen zur Verfügung steht. Der Abbau des permanent erhöhten Temperaturniveaus des Volumen des Fluides in dem gemeinsamen weiteren Fluidraum wird so umgesetzt, dass Veränderungen des Temperaturniveaus des Fluides in dem gemeinsamen weiteren Fluidraum möglichst niedrig sind, weil Änderungen des Temperaturniveaus eine Veränderung des Druckniveaus oder des Volumens des Fluides des gemeinsamen weiteren Fluidraums bewirken. Dies wird möglichst weitgehend vermieden, damit aufgrund dieser Änderungen keine Umstellungen in den Einstellungen der Bestandteile der Vorrichtung erforderlich sind. Um das erhöhte Temperaturniveau des Fluides in dem gemeinsamen weiteren Fluidraum abzubauen, bestehen mehrere Möglichkeiten. An dem gemeinsamen weiteren Fluidraum können Wärmetauscherflächen für einen Wärmeaustausch oder Leitungen für einen Wärmeaustausch angeordnet werden. Die eine Seite bzw. Wand der Wärmetauscherflächen oder der Leitungen grenzt an das Fluid des gemeinsamen weiteren Fluidraums. An der anderen Seite bzw. Wand der Wärmetauscherflächen oder der Leitungen wird das Fluid zur Wärmeübertragung vorbeigeführt. Über die Wärmetauscherflächen erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid des gemeinsamen weiteren Fluidraums und dem Fluid zur Wärmeübertragung. Zusätzlich oder an der Stelle von Wärmetauscherflächen, die an dem gemeinsamen weiteren Fluidraum angebracht sind, können an dem gemeinsamen weiteren Fluidraum weitere Anschlüsse für Leitungen angeordnet werden. Durch die Leitungen wird das Fluid des gemeinsamen weiteren Fluidraums geleitet. In den Leitungen erfolgt durch die Seite bzw. Wand der Wärmetauscherflächen, die in den Leitungen angeordnet sind, oder durch die Wände der Leitungen ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid des gemeinsamen weiteren Fluidraums und dem Fluid für die Wärmeübertragung. Eine weitere Möglichkeit sieht vor, dass ein Teil des Fluides des gemeinsamen weiteren Fluidraums ausgetauscht wird, wenn sich das Temperaturniveau des Fluides des gemeinsamen weiteren Fluidraums soweit erhöht hat, dass eine bestimmte Temperaturniveaugrenze überschritten wird. Das ausgetauschte Fluid des gemeinsamen weiteren Fluidraums kann mit dem erhöhten Temperaturniveau direkt in eine Vorrichtung zur Nutzung des höheren Temperaturniveaus geleitet werden.
Bei dem Abbau bzw. der Verringerung des permanent erhöhten Temperaturniveaus des Fluides des gemeinsamen weiteren Fluidraums ist das Volumen des Fluides, welches innerhalb eines bestimmten Zeitraumes ausgetauscht wird, verglichen mit dem Gesamtvolumen des Fluides des gemeinsamen weiteren Fluidraums, so klein, dass die Änderungen des Temperaturniveaus des Fluides des gemeinsamen weiteren Fluidraum aufgrund des Fluidaustausches möglichst niedrig sind. Daher, die Austauschvorgänge erfolgen so häufig, dass das Volumen des ausgetauschten Fluides, welches innerhalb eines bestimmten Zeitraumes ausgewechselt wird, möglichst klein ist, verglichen mit dem Gesamtvolumen des Fluides des gemeinsamen weiteren Fluidraums, damit die Änderungen des Temperaturniveaus des Fluides des gemeinsamen weiteren Fluidraums möglichst niedrig sind. Das Volumen des ausgetauschten Fluides, welches aus dem gemeinsamen weiteren Fluidraum abgeführt wird, weist das erhöhte Temperaturniveau des Fluides des gemeinsamen weiteren Fluidraums auf. Das ausgetauschte Fluid kann mit dem erhöhten Temperaturniveau in eine Vorrichtung zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen geleitet werden. Wenn kein Austausch des Fluides vorgesehen ist, erfolgt ein Wärmeaustausch über die Wärmetauscherflächen bzw. Wände zwischen dem Fluid des gemeinsamen weiteren Fluidraums und dem Fluid zur Wärmeübertragung. Die gesamte Wärmespeicherfähigkeit des Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung, welches für einen ausreichend langen Zeitraum für eine Temperierung des Gesamtvolumens des Fluides des gemeinsamen weiteren Fluidraums über die Wärmetauscherflächen zur Verfügung steht, ist, verglichen mit der Wärmespeicherfähigkeit des Gesamtvolumens des Fluides des gemeinsamen weiteren Fluidraums, so klein, dass die Änderungen des Temperaturniveaus des Fluides des gemeinsamen weiteren Fluidraums innerhalb einer bestimmten Zeitraumes möglichst niedrig sind. Weil die Wärmespeicherfähigkeit des Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung, welches innerhalb eines bestimmten Zeitpunktes für einen Wärmeaustausch eingesetzt wird, möglichst klein ist, verglichen mit der gesamten Wärmespeicherfähigkeit des Volumens des Fluides des gemeinsamen weiteren Fluidraums, wird das Temperaturniveau dieses Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung bei einem Wärmeaustausch weitgehend an das Temperaturniveau des Fluides des gemeinsamen weiteren Fluidraums angepasst, wobei eine ausreichend lange Zeitspanne für einen möglichst vollständigen Wärmeaustausch berücksichtigt wird. Der Wechsel der Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung, welcher für einen bestimmten Zeitraum für einen Wärmeaustausch über die Wärmetauscherflächen eingesetzt wird, erfolgt so häufig, und das ausgewechselte Volumen ist so klein, dass die Änderungen des Temperaturniveaus des Volumens des Fluides des gemeinsamen weiteren Fluidraums möglichst niedrig sind. An der Stelle eines Wechsels des Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung kann eine permanente Zuleitung und Abführung entsprechend großer Fluidvolumen erfolgen, die mit einer angepassten Geschwindigkeit erfolgt. Die Wärmespeicherfähigkeit des Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung, welches zu einem Zeitpunkt für einen Wärmeaustausch über die Wärmetauscherflächen eingesetzt wird, ist möglichst klein, verglichen mit der Wärmespeicherfähigkeit des Gesamtvolumens des Fluides des gemeinsamen weiteren Fluidraums. Aus diesem Grund wird das Temperaturniveau dieses Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung weitgehend an das Temperaturniveau des Volumens des Fluides des gemeinsamen weiteren Fluidraums angepasst, wenn eine ausreichend lange Zeitspanne für einen möglichst vollständigen Wärmeaustausch zur Verfügung steht. Daher, das Temperaturniveau des Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung, welches innerhalb eines bestimmten Zeitraums für einen Wärmeaustausch eingesetzt wird, wird bei einem Wärmeaustausch möglichst weitgehend an das Temperaturniveau des Fluides angepasst, welches durch das Fluid zur Wärmeübertragung über die Wärmetauscherflächen temperiert wird, sofern die Zeitspanne für einen möglichst vollständigen Wärmeaustausch ausreichend lang ist, und sofern die Wärmespeicherfähigkeit des eingesetzten Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung ausreichend niedrig ist. Wenn das Arbeitsfluid 8a des Kolbenraums 5a temperiert wird, erfolgt über die Wärmetauscherflächen des Kolbenraums 5a ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid zur Wärmeübertragung in den Fluidräumen 11a und dem Arbeitsfluid 8a. Eine weitere Möglichkeit für diesen Wärmeaustausch besteht darin, dass das Temperaturniveau des Fluides für die Wärmeübertragung möglichst weitgehend an das Temperaturniveau des zu temperierenden Fluides 8a angepasst wird, bevor es an die Wärmetauscherflächen für einen Wärmeaustausch geleitet wird, zum Beispiel um Verluste bei einem Wärmeaustausch zu minimieren. Bei diesem Wärmeaustausch wird zudem eine entsprechend lange Zeitspanne und/oder eine entsprechend große Wärmetauscherfläche berücksichtigt, wenn das Fluid für die Wärmeübertragung mit einem Temperaturniveau an die Wärmetauscherflächen geleitet wird, welches möglichst weitgehend an das Temperaturniveau des zu temperierenden Fluides 8a angepasst ist, wobei die Temperaturniveaudifferenz zwischen den Fluiden so hoch ist, dass innerhalb eines bestimmten Zeitraumes ein ausreichender Wärmeübergang erfolgt. Eine möglichst weitgehende Angleichung des Temperaturniveaus des Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung, welches für einen Wärmeaustausch eingesetzt wird, an das Temperaturniveau des zu temperierenden Fluides, ist bei mehreren Anwendungen und Fig. vorgesehen. Außerdem können einige der vorstehenden sowie der folgenden Fig. in einem gemeinsamen weiteren Fluidraum angeordnet werden, der in unterschiedliche Temperaturbereiche eingeteilt werden kann. Zudem ist auch bei diesen Fig. eine Nutzung des erhöhten Temperaturniveaus eines Fluides möglich, welches in einem wärmeisolierten gemeinsamen weiteren Fluidraum eingesetzt wird. Abgesehen von der Nutzung des erhöhten Temperaturniveaus des Fluides in einem wärmeisolierten gemeinsamen weiteren Fluidraum ist auch die Nutzung des erhöhten Temperaturniveaus des Fluides möglich, dass sich in anderen wärmeisolierten Fluidräumen oder in wärmeisolierten Leitungen der Vorrichtungen befindet, zum Beispiel in einem wärmeisolierten Raum oder in einer wärmeisolierten Leitung für die Weiterleitung der Kraft eines Kolbens und/oder für eine hydraulischen Weiterleitung der Kraft. Aufgrund von Reibungen oder Weiterleitungen von Wärme kann das Temperaturniveau in wärmeisolierten Räumen und/oder in wärmeisolierten Leitungen erhöht werden. Ein Beispiel für die Nutzung dieser Temperaturniveauerhöhungen wird im Vorstehenden erläutert.
Ein gemeinsamer weiterer Fluidraum sowie die Anpassungen der verstellbaren Dichtungen und des Druckniveaus des gemeinsamen weiteren Fluidraums und der Fluidräume der Zylinder 5a von mehreren 4 sowie der Einsatz der zusätzlichen Fluidräume mit den Vorrichtungen zur Bewegung der Kolben 3a der 4 über einen magnetischen Kraftverbund sind vorteilhaft, weil die Verluste durch Reibungen der Kolben 3a von mehreren 4 sowie der Austritt von Fluid aus den Fluidräumen mit den 4 minimiert werden können. Außerdem können die Einstellungen, wie zum Beispiel die Höhe und/oder das Druckniveau der Dichtungen zwischen den Seitenwänden der Zylinder 5a der 4 und den Kolben 3a der 4 verändert werden, ohne dass das Fluid aus dem gemeinsamen weiteren Fluidraum entweicht. Aufgrund der Möglichkeit die Höhe und/oder das Druckniveau der Dichtungen zu verstellen sowie der Möglichkeit das Druckniveau des gemeinsamen weiteren Fluidraums und der Fluidräume der Zylinder 5a der 4 zu regulieren, werden die Dichtungen so eingestellt, dass Verluste aufgrund von Reibungen der beweglichen Bestandteile, wie zum Beispiel eines Kolbens 3a, möglichst weitgehend vermieden werden. Ferner ist vorgesehen, dass die Höhe und/oder das Druckniveau der Dichtungen für die Kolben 3a verstellbar sind, zum Beispiel über eine hydraulische Vorrichtung, wenn die Bedingungen für den Einsatz der Kolben unterschiedlich sind. Ein Entweichen des Fluides des gemeinsamen weiteren Fluidraums ist unter anderem möglich, wenn Öffnungen an den Begrenzungen des gemeinsamen weiteren Fluidraums vorgesehen sind, durch die Kolbenstangen 4a führen, und die nicht durch Ventile und/oder Schieber verschlossen werden können.
Für eine weitere Wärmeisolierung können die Stangen oder andere bewegliche Bestandteile, außerhalb des Fluidraums des Zylinders 5a oder des Zylinders 6a in einer wärmeisolierten Ummantelung geführt werden. Die Stangen oder beweglichen Bestandteile einer Vorrichtung, die in den Zylinder 6a ein- und wieder ausgeführt werden, sind zum Beispiel die Verdränger oder die Verlängerungen 12a der Verdränger. Wenn eine Strömungshilfe mit Hilfe einer Stange für die Bewegung der Strömungshilfe verschoben wird, wird diese Stangen innerhalb des Zylinders 5a sowie gegebenenfalls innerhalb des Zylinders 6a hin- und herbewegt bzw. ein- und wieder ausgefahren. Die wärmeisolierte Ummantelung einer Stange bzw. die unbeweglichen angeordneten wärmeisolierten Wände/Rohre/Hohlzylinder, in der eine Stange geführt wird, sind außerhalb des inneren Zylinders 5a oder des äußeren Zylinders 6a angeordnet. Sie verlaufen von der Stelle, an der eine Stange aus einem Zylinder 5a oder aus einem Zylinder 6a geführt wird, bis zu der Stelle einer Stange, die Kontakt mit dem Fluid des Fluidraums des Zylinders 5a oder des Zylinders 6a hatte, wenn diese Stange vollständig aus einem Zylinder gefahren wird. Die Länge der Ummantelung entspricht der Länge, die die Stangen in die Fluidräume eingeführt werden, in denen das Fluid ein anderes Temperaturniveau aufweist, als das Fluid außerhalb dieses Fluidraums, durch das die Stangen ebenfalls geführt werden. Aufgrund der weiteren Wärmeisolierungen wird die Wärmeübertragung der Stangen oder anderer beweglicher Bestandteile möglichst weitgehend vermieden und/oder die Stangen müssen eine möglichst niedrige Wärmespeicherfähigkeit aufweisen. Eine Ummantelung der Stangen kann auch bei einigen der vorstehenden oder der folgenden Fig. eingesetzt werden, wenn diese durch mehrere Fluidräume geführt werden, in denen das Fluid ein anderes Temperaturniveau aufweist. Bei der Festlegung des inneren Umfanges bzw. des inneren Durchmessers der unbeweglich angebrachten Ummantelung aus einer Wärmeisolierung, in der die Stange außerhalb des Fluidraums geführt wird, in dem diese ein- und wieder ausgeführt wird, wird ein Abstand zwischen der Stange und der Ummantelung bzw. ein innerer Durchmesser der Ummantelung berücksichtigt, der groß genug ist, um Reibungen zwischen der Stange oder anderer beweglicher Bestandteile und der Ummantelung fast vollständig zu vermeiden.
Der Totraum der 4 wird möglichst weitgehend verringert. Zudem wird die Größe des Volumens des Fluides 8a, welches bei einem Wärmeaustausch nicht vollständig temperiert wird, zum Beispiel wenn eine Strömungshilfe 2a eingesetzt wird, möglichst weitgehend verkleinert. Aus diesen Gründen ist unter anderem der Einsatz von Puffern vorgesehen. Die Puffer werden an den Stangen und/oder an andere Bestandteile befestigt, die bei einer Bewegungsausführung der beweglichen Bestandteile der 4 benötigt werden. Ein Puffer kann an einer Kolbenstange 4a angebracht werden. Die Kolbenstange 4a führt von außerhalb der 4 zu dem Puffer. Von dem Puffer führt der weitere Bestandteil der Kolbenstange 4a zu dem dazugehörigen Kolben 3a. Ferner kann ein Puffer an einer Stange für die Bewegung einer Strömungshilfe 2a befestigt werden, wenn der Einsatz einer Stange für die Verschiebung der Strömungshilfe 2a vorgesehen ist. Ein Puffer besteht zum Beispiel aus einem doppelwirkenden Zylinder, in dem sich ein Kolben befindet, der frei beweglich ist. Das Druckniveau innerhalb des doppelwirkenden Zylinders kann reguliert werden. Ein äußeres Bestandteil des doppelwirkenden Zylinders ist mit einer Stange verbunden, die zu einer Vorrichtung für die Bewegung des doppelwirkenden Zylinders führt. An dem Kolben, der sich innerhalb des doppelwirkenden Zylinders befindet, ist eine Stange angebracht, die zum einem anderen Bestandteil der Vorrichtung führt. Das andere Bestandteil der Vorrichtung ist das Bestandteil, welches bewegt wird. Wenn der doppelwirkenden Zylinders bewegt wird, kann, in Abhängigkeit von den Anwendungen, ein Druckaufbau bzw. eine Erhöhung des Druckniveaus auf einer der beiden Seiten des Kolbens des doppelwirkenden Zylinders erfolgen. Wenn die Verschiebung des doppelwirkenden Zylinders gestoppt wird, besteht die Möglichkeit, dass das erhöhte Druckniveau, des Fluides auf der einen Seite des doppelwirkenden Zylinders abgebaut wird. Aufgrund des Abbaues des erhöhten Druckniveaus bzw. des Ausgleiches des Druckniveaus auf den beiden Seiten des Kolbens des doppelwirkenden Zylinders, wird das bewegliche Bestandteil, welches mit der Stange verbunden ist, die an den Kolben des doppelwirkenden Zylinders angebracht ist, für eine entsprechende Strecke weiter verschoben. Diese Strecke für die nachträgliche Verschiebung kann bei den Bewegungsausführungen berücksichtigt werden und/oder die Pufferwirkung des Fluides des doppelwirkenden Zylinders wird genutzt.
Die 4 wird mit dem Einsatz von Messstangen betrieben. Die Messstangen befinden sich an den beweglichen Bestandteilen der Vorrichtung. Eine Messstange weist eine Einteilung auf, die von anderen Vorrichtungen der 4 erfasst wird. Diese Einteilung kann zum Beispiel aus elektrischen leitenden Bestandteilen oder aus magnetischen oder optischen Markierungen bestehen. Aufgrund der Bewegungen der Messstangen wird die Position der beweglichen Bestandteile der 4 ermittelt. Der Einsatz von Messstangen ist vorgesehen, um eine präzise Steuerung der beweglichen Bestandteile der 4 zu ermöglichen. Unter anderem aufgrund der Steuerung, bei denen die Auswertungen aufgrund der Positionen der Messstangen berücksichtigt werden, wird der Totraum der 4 möglichst weitgehend verringert und die Größe des Volumens des Fluides 8a, welches bei einem Wärmeaustausch nicht vollständig temperiert wird, wird möglichst weitgehend verkleinert.
Die 4 kann für eine Komprimierung oder für die Expansion eines Fluides eingesetzt werden, welches von außerhalb in die 4 eingeleitet wird. Das komprimierte oder expandierte Fluid wird nach den Kompressionsvorgängen wieder aus der 4 abgeleitet. Wenn die 4 für eine Komprimierung eines Fluides eingesetzt wird, besteht eine weitere Möglichkeit für die Reduzierung des Totraums mit dem Einsatz einer Wand bzw. Begrenzung des Zylinders 5a, die für eine bestimmte Strecke verschoben werden kann. Die Streckenlänge, die für eine Verschiebung genutzt wird, ist dabei möglichst kurz. Die Wand für die Verschiebung ist gegenüber von dem Kolben 3a angeordnet. Diese Wand kann auch einen weiteren Kolben darstellen. Die Wand ist so angeordnet, dass sie für eine bestimmte Streckenlänge in die Richtung des Kolbens 3a verschoben werden kann, nachdem die Arretierung der Wand gelöst wurde. Aufgrund dieser Verschiebung wird das Volumen des Fluides 8a, welches sich zwischen dem Kolben 3a und der Wand befindet, die gegenüber von dem Kolben 3a angeordnet ist, weiter reduziert, wenn das Fluid 8a aus der 4 abgeleitet wird. Die Anschlüsse für die Leitungen 7a mit den Ventilen und/oder Schiebern zur Abführung des Fluides befinden sich auf der Höhe bzw. an der Position, die die beweglichen Bestandteile, wie zum Beispiel der Kolben 3a, am Ende ihrer Verschiebung für die Abführung des Fluides 8a erreicht haben. Wenn eine Strömungshilfe 2a eingesetzt wird, wird bei der Verschiebung der Wand, die gegenüber von dem Kolben 3a angeordnet ist, das Volumen reduziert, welches sich zwischen den beweglichen Bestandteilen befindet, zum Beispiel zwischen der Wand, die sich gegenüber von dem Kolben 3a befindet, der Strömungshilfe 2a sowie dem Kolben 3a. Damit die Wand, die gegenüber von dem Kolben 3a angeordnet ist, innerhalb des Fluidraums des Zylinders 5a für die Reduzierung des Volumens des Fluides 8a verschoben werden kann, grenzt die Wand mit der Seite bzw. der Begrenzung oder mit einer Kolbenwand, die sich gegenüber von der Wand befindet, die zu dem Kolben 3a des Zylinders 5a weist, an ein Fluid, welches für einen Druckausgleich verwendet wird. Das Fluid für den Druckausgleich grenzt außerdem an einen zweiten Kolben. Für einen Druckausgleich kann dieser zweite Kolben innerhalb eines Zylinders verschoben werden, zum Beispiel innerhalb eines Zylinder, der das komprimierte Fluid aufnimmt. Die Wand innerhalb des Fluidraums des Zylinders 5a wird in die Richtung des Kolbens 3a geschoben, um das Fluid 8a möglichst weitgehend aus der 4 abzuleiten, zeitgleich wird der zweite Kolben für den Druckausgleich aus dem Zylinder geschoben, der das komprimierte Fluid der 4 aufnimmt. Der zweite Kolben kann an der Rückwand des Zylinders angeordnet sein, in dem das Fluid 8a der 4 eingeleitet wird. Der zweite Kolben grenzt mit der Kolbenwand, die sich gegenüber der Kolbenwand befindet, die zu dem Zylinder weist, der das Fluid 8a der 4 aufnimmt, an das Fluid, welches für den Druckausgleich verwendet wird. An das Fluid für den Druckausgleich grenzt auf der anderen Seite einer Leitung oder eines Fluidraumes die Wand des Zylinders 5a mit der Seite bzw. Begrenzung oder mit einer Kolbenwand, die sich gegenüber von der Seite befindet, die zu dem Kolben 3a des Zylinders 5a weist. Der Kolben für den Druckausgleich kann auch in einem anderen Fluidraum angeordnet werden. Wenn die Arretierung der Wand gelöst wird, die sich gegenüber von dem Kolben 3a befindet, kann die Wand in die Richtung des Kolbens 3a verschoben werden, damit das Volumen des Fluides 8a in dem Fluidraum des Zylinders 5a weiter reduziert wird. Zeitgleich wird der Kolben für den Druckausgleich zurückgefahren. Der Kolben für den Druckausgleich und die Wand, die sich gegenüber von dem Kolben 3a befindet, sind über das Fluid für den Druckausgleich miteinander verbunden. Nach der Reduzierung des Volumens des Fluides 8a in dem Fluidraum des Zylinders 5a wird die verschiebbare Wand, die gegenüber von dem Kolben 3a angeordnet ist, wieder arretiert. Im Anschluss an eine Abführung des Fluides 8a werden die Ventile und/oder Schieber einer Leitung 7a für die Abführung des Fluides 8a wieder geschlossen. Das verbliebene Volumen des Fluides 8a, welches ich im Fluidraum des Zylinders 3a befindet, kann genutzt werden. Der Kolben 3a wird zurückgefahren, wenn das Druckniveau des verbliebenen Volumen des Fluides genutzt werden kann und/oder wenn ein erhöhtes Druckniveau dieses Volumens ausgeglichen werden muss. Anschließend werden die Ventile und/oder Schieber einer Leitung 7a für eine erneute Zuleitung des Fluides 8a geöffnet. Die Arretierung wird gelöst und der Kolben 3a wird in die Ausgangsposition zurückgefahren, damit ein möglichst großes Volumen des Fluides 8a in den Fluidraum des Zylinders 5a eingeführt werden kann. Nach der Rückführung des Kolbens 3a beginnen die Kompressionsvorgänge erneut. Das zugeführte Fluid wird komprimiert. Wenn das Fluid 8a aufgrund der Kompressionsvorgänge das Druckniveau erreicht hat, welches für die Ausleitung des Fluides 8a erforderlich ist, beginnt die Verschiebung des Fluides aus dem Kolbenraum 5a. Am Ende dieser Verschiebung des Kolbens 3a in den Zylinder 5a wird die Wand, die sich gegenüber von dem Kolben 3a befindet, verschoben. Bei den folgenden Vorgängen wird die Wand wieder zurückbewegt bzw. in die gleiche Richtung geschoben, in die der Kolben 3a bewegt wird. Die Vergrößerung des Volumens des Fluidraums des Zylinders 5a bei der Rückwärtsbewegung der Wand, die gegenüber dem Kolben 3a angeordnet ist, entspricht der Verkleinerung des Volumens des Fluidraums des Zylinders 5a bei der zeitgleichen Verschiebung des Kolbens 3a in den Zylinder 5a. Zeitgleich mit der Verschiebung der Wand, die sich gegenüber dem Kolben 3a befindet nach außen, wird der zweite Kolben für den Druckausgleich in den Zylinder geschoben, in dem dieser Kolben für den Druckausgleich angeordnet ist. Nach der Verschiebung der Wand, die sich gegenüber dem Kolben 3a befindet, erfolgt die Arretierung dieser Wand. Die Arretierung wird wieder gelöst, wenn die Wand, die gegenüber von dem Kolben 3a angeordnet ist, für eine Reduzierung des Volumens des Fluides 8a des Fluidraums des Zylinders 5a in den Zylinder 5a geschoben wird. An der Stelle einer verschiebbaren Wand bzw. Begrenzung können vergleichbare Vorrichtungen eingesetzt werden, diese können unter anderem mit dem Kolben 3a oder mit der gegenüberliegenden Wand verbunden werden.
An den Stangen oder den Vorrichtungen für die Verschiebung der beweglichen Bestandteile der 4 können Haltevorrichtungen angeordnet werden. Aufgrund des Einsatzes von Haltevorrichtungen werden die beweglichen Bestandteile der 4 mit Verkupplungs- und Entkupplungsvorgängen der Haltevorrichtungen verschoben. Zum Beispiel kann an einer Kolbenstange 4a in einem rechten Winkel eine Verlängerung der Kolbenstange befestigt werden. An diese Verlängerung der Kolbenstange 4a ist ebenfalls in einem rechten Winkel eine Haltevorrichtung der Kolbenstange 4a angebracht. Die Haltevorrichtungen sind mit Stangen vergleichbar, die mindestens so lang sind wie die Länge der längsten Strecke, für die sie bewegt werden. An den Haltevorrichtungen befinden sich Bestandteile, die mit den Haltevorrichtungen anderer Komponenten einer 4 und/oder anderer Komponenten einer Anlage, die mehrere 4 aufweist, verkuppelt und nach einem bestimmten Zeitraum wieder entkuppelt werden. In der räumlichen Nähe der Haltevorrichtungen der Kolbenstange 4a sind parallel zu den Seiten dieser Haltevorrichtungen die Haltevorrichtungen anderer beweglicher Bestandteile angeordnet. Für eine Verschiebung der Verlängerung der Kolbenstange 4a zur Bewegung des Kolbens 3a werden die Haltevorrichtungen miteinander verkoppelt, die für eine Verschiebung in eine der beiden Richtungen bewegt werden müssen. Um die Haltevorrichtungen voneinander loszulösen, werden diese nach der Verschiebung wieder entkoppelt. Eine Haltevorrichtung der Kolbenstange 4a ermöglicht für einen vorgesehenen Zeitraum eine Anbindung/Verbindung zwischen einer Verlängerung einer Kolbenstange 4a und der anderen Haltevorrichtung eines anderen beweglichen Bestandteiles einer Anlage, zu der die Vorrichtung der 4 gehört. Nachdem eine Verbindung/Anbindung an ein anderes Bestandteil erfolgte, kann die Verbindung/Anbindung zu einem späteren Zeitpunkt wieder gelöst werden. An der Haltevorrichtung der Kolbenstange 4a ist ein Raster/Gitter befestigt. Das Raster/Gitter, welches an der Haltevorrichtung der Kolbenstange 4a angebracht ist, weist eine ausreichende Länge auf, um in jeder Position von den Haltevorrichtungen anderer Bestandteile, an denen das Raster/Gitter angebunden werden muss, erreicht zu werden. Eine Haltevorrichtung der Kolbenstange 4a weist zwei Raster/Gitter auf. Auf zwei Seiten der Haltevorrichtung der Kolbenstange 4a ist ein Raster/Gitter befestigt. In diese Raster/Gitter können die Stifte/Stäbe von den Haltevorrichtungen anderer Bestandteile der Anlage, zu der die Vorrichtung der 4 gehört, eingefahren werden, wenn diese mit der Haltevorrichtung der Kolbenstange 4a verbunden werden müssen. Für eine Loslösung der Verbindung werden die Stifte/Stäbe der Haltevorrichtungen der anderen Bestandteile wieder aus dem Raster/Gitter der Haltevorrichtung der Kolbenstange 4a herausgefahren. Die Haltevorrichtungen der anderen Bestandteile, die mit der Haltevorrichtung der Kolbenstange 4a verbunden werden können, weisen eine Reihe oder mehrere Reihen von Stiften/Stäben auf. Die Stifte/Stäbe können einzeln ausgefahren werden oder mehrere Stifte/Stäbe bzw. eine räumlich begrenzte Anzahl von Stiften/Stäben kann aus der Halterung der Stifte/Stäbe geschoben werden. Die Reihe oder die Reihen der Stifte/Stäbe ist ausreichend lang, um in jeder Position der anderen Haltevorrichtungen, einen oder mehrere Stifte/Stäbe in das Raster/Gitter der Haltevorrichtung der Kolbenstange 4a zu schieben, falls dies erforderlich ist.
Die Stifte/Stäbe und die Raster/Gitter sind innerhalb einer Halterung für die Stifte/Stäbe und innerhalb einer Halterung für die Raster/Gitter so angeordnet, dass sie von einer mittleren Position ausgehend um eine Wandstärke des Rasters/Gitters verschoben werden können. Wenn sich die Stifte/Stäbe in einer Position gegenüber den Rastern/Gittern befinden, bei der die Stifte/Stäbe in das Raster/Gitter geschoben werden müssen, können die Stifte/Stäbe und/oder die Raster/Gitter innerhalb der Halterungen von eine mittleren Position ausgehend so verschoben werden, dass sich die Stifte/Stäbe über den Hohlräumen/Ausnehmungen/Öffnungen der Raster/Gitter befinden und in diese eingefahren werden können, falls dies aufgrund der Position der Stifte/Stäbe und/oder der Raster/Gitter innerhalb der Halterungen zu dem jeweiligen Zeitpunkt notwendig ist. Die Anpassung der Position der Stifte/Stäbe und/oder des Rasters/Gitters innerhalb der Halterungen von eine mittleren Position ausgehend erfolgt über eine Steuerung oder die Stifte/Stäbe und/oder die Raster/Gitter sind innerhalb der Halterung verstellbar oder elastisch angeordnet. Wenn die Stifte/Stäbe und/oder die Raster/Gitter innerhalb der Halterungen verstellbar oder elastisch angeordnet sind, verschieben sie sich von einer mittleren Position ausgehend, wenn sie ineinander geschoben werden. Wenn die Anpassung der Position der Stifte/Stäbe und/oder des Rasters/Gitters innerhalb der Halterungen von einer mittleren Position ausgehend über eine Steuerung erfolgt, werden die Stifte/Stäbe und/oder die Raster/Gitter aufgrund der Einwirkung einer Vorrichtung von einer mittleren Position ausgehend um die Strecke verschoben, die erforderlich ist, um die optimale Positionen der Stifte/Stäbe und/oder des Rasters/Gitters innerhalb der Halterung zu erzielen, mit denen sie ineinander geschoben werden. Die Steuerung kann aufgrund der Ablesung von Messpunkten oder der Erkennung von magnetischen Markierungen erfolgen, die an dem Raster/Gitter sowie an der Reihe oder den Reihen der Stifte/Stäbe angebracht sind. Die Verschiebung der Positionen der Stifte/Stäbe innerhalb der Halterung der Haltevorrichtung der anderen Bestandteile und/oder die Verschiebung der Position des Rasters/Gitters innerhalb der Halterung der Haltevorrichtung der Kolbenstange 4a kann von einer mittleren Position ausgehend vertikal erfolgen, wenn innerhalb des Rasters/Gitters keine horizontalen Begrenzungen vorhanden sind, oder die Verschiebung kann vertikal und horizontal erfolgen, wenn innerhalb des Rasters/Gitters vertikale und horizontale Begrenzungen angeordnet sind. Die Stifte/Stäbe einer Halterung von einer Haltevorrichtung eines Bestandteiles können über eine hydraulische Vorrichtung oder über eine Stromzufuhr, die Magnete bewegt, ausgefahren und eingefahren werden. Die Stifte/Stäbe einer Halterung, zum Beispiel der Haltevorrichtung eines anderen Bestandteiles werden ausgefahren, und in das Raster/Gitter, zum Beispiel der Haltevorrichtung der Kolbenstange 4a, eingeführt. Damit erfolgt eine Verbindung zwischen diesen Bestandteilen. Für eine Loslösung der Verbindung werden die Stifte/Stäbe der Halterung der Haltevorrichtung des anderen Bestandteiles wieder aus dem Raster/Gitter einer Haltevorrichtung der Kolbenstange 4a herausgefahren. An der Stelle von Stiften oder Stäben können auch Platten oder andere Körper eingesetzt werden. Für eine Verbindung/Anbindung zwischen den Haltevorrichtungen von zwei Bestandteilen werden diese ausgefahren, und für eine Loslösung der Verbindung werden diese wieder eingefahren. Die Haltevorrichtung der Kolbenstange 4a weist zwei Raster/Gitter auf, die in zwei Halterungen der Raster/Gitter angeordnet sind. An der Haltevorrichtung der Kolbenstange 4a ist auf zwei Seiten jeweils eine Halterung mit einem Raster/Gitter befestigt. In der räumliche Nähe des Rasters/Gitter, dass auf einer der beiden Seiten der Haltevorrichtung der Kolbenstange 4a angebracht ist, ist die Reihe oder es sind die Reihen der Stifte/Stäbe der Haltevorrichtung anderer Bestandteile angeordnet. Ein Teil der Stifte/Stäbe, die in der Halterung an der Haltevorrichtung der anderen Bestandteile angeordnet sind, befindet gegenüber von dem Raster/Gitter, dass auf einer der beiden Seiten der Haltevorrichtung der Kolbenstange 4a angebracht ist. Der Abstand zwischen den Stiften/Stäben in der Halterung an der Haltevorrichtung der anderen Bestandteile und dem Raster/Gitter in der Halterung der Haltevorrichtung der Kolbenstange 4a ist so groß, dass die Verluste aufgrund von Reibungen möglichst weitgehend minimiert werden, falls die Haltevorrichtungen aneinander vorbeigeführt werden. Ferner ist der Abstand zwischen den Stiften/Stäben in der Halterung an der Haltevorrichtung anderer Bestandteile und dem Raster/Gitter in der Halterung der Haltevorrichtung der Kolbenstange 4a so klein, dass der Aufwand für eine Verbindung/Anbindung zwischen den Stiften/Stäben in der Halterung an der Haltevorrichtung der anderen Bestandteile und dem Raster/Gitter in der Halterung der Haltevorrichtung der Kolbenstange 4a möglichst gering ist. Der Aufwand ist unter anderem geringer, wenn die Strecke, die die Stifte/Stäbe oder Platten zurücklegen, um in das Raster/Gitter oder um in die Ausnehmungen eingeführt zu werden, kürzer ist. Der optimale Abstand berücksichtigt eine Minimierung der Verluste durch Reibungen zwischen den Haltevorrichtungen, wenn diese aneinander vorbeigeführt werden, ohne dass sie miteinander verbunden sind, sowie eine Minimierung, des Aufwandes für eine Verbindung zwischen den Haltevorrichtungen verschiedener Bestandteile und für eine spätere Loslösung dieser Verbindung. Der Abstand zwischen allen Haltevorrichtungen ist annähernd gleich. Die Haltevorrichtungen sind so nebeneinander angeordnet, dass sie verschoben werden können, ohne das ein Kontakt zwischen den Haltevorrichtungen oder den verbundenen Stangen und Bestandteilen erfolgt, falls dies nicht vorgesehen ist. Mehrere Haltevorrichtungen sind in einer räumlichen Nähe parallel zueinander angeordnet. Es bestehen weitere Möglichkeiten, um die Haltevorrichtungen untereinander zu verbinden und um die Verbindungen/Anbindungen der Haltevorrichtungen untereinander nach einer Verbindung/Anbindung wieder loszulösen. Abgesehen von dem Ausfahren oder Einfahren von Stiften oder anderer Körper, um eine Verbindung/Anbindung zwischen den Haltevorrichtungen von zwei Bestandteilen zu erreichen, besteht auch die Möglichkeit, dass ein magnetischer Verbund eingesetzt wird, oder dass eine Kombination dieser Möglichkeiten genutzt wird. An einer Haltevorrichtungen, zum Beispiel für eine Kolbenstange 4a, können Kontakte für einen magnetischen Verbund angeordnet sein, die zum Beispiel Magnete oder Eisenkörper aufweisen. Die Haltevorrichtungen anderer Bestandteile, die sich mit den Haltevorrichtungen der Kolbenstange 4a verbinden können, weisen steuerbare Magneten bzw. Elektromagneten auf. Für eine Verbindung/Anbindung zwischen den Haltevorrichtungen erfolgt eine Stromzufuhr, die einen magnetischen Verbund zur Folge hat. Um die Verbindung/Anbindung zwischen den Haltevorrichtungen der Bestandteile wieder zu lösen, wird die Stromzufuhr unterbrochen oder die Polarität der Elektromagneten wird umgedreht.
Die Haltevorrichtungen können für eine gleichzeitige Verschiebung von mehreren beweglichen Bestandteilen genutzt werden, die mit einer gleichen Streckenlänge für die angekuppelten Haltevorrichtungen umgesetzt wird, oder für eine separate Verschiebung von beweglichen Bestandteilen, wenn nur einzelne Haltevorrichtungen miteinander verkuppelt werden. Außerdem können einzelne Haltevorrichtungen von einem Verbund von Haltevorrichtungen abgekuppelt werden, während die Verschiebung anderer Bestandteile fortgeführt wird. Für einen Verkupplungs- oder Entkupplungsvorgang der Haltevorrichtungen kann die Bewegungsausführung der beweglichen Bestandteile unterbrochen werden, falls dies erforderlich ist. Die Haltevorrichtung für die Kolbenstange 4a wird nicht nur mit einer Haltevorrichtung eines Bestandteiles verschoben, sondern durch den abwechselnden Einsatz von Haltevorrichtungen mehrerer Bestandteile, wenn diese mit einer Haltevorrichtungen für die Kolbenstange 4a verbunden sind. Die Haltevorrichtungen, die nicht verschoben werden, können an einem festen Bestandteil der 4 arretiert werden. Nachdem ein Verkupplungs- oder Entkupplungsvorgang zwischen den jeweiligen Haltevorrichtungen abgeschlossen ist, wird die Arretierung zwischen den betreffenden Haltevorrichtungen wieder gelöst. Vor einer Verbindung oder Loslösung der Haltevorrichtungen kann die Verschiebung der jeweiligen Haltevorrichtungen angehalten werden. Eine Haltevorrichtung wird nach der Loslösung arretiert. Falls diese Haltevorrichtung erneut mit einer Haltevorrichtung verbunden wird, wird diese Arretierung wieder gelöst. Nachdem eine Haltevorrichtung von der Haltevorrichtung für die Kolbenstange 4a gelöst wurde, wird die Verschiebung des Kolben 3a durch die Haltevorrichtung eines anderen Bestandteiles fortgesetzt. Eine Haltevorrichtung, die gegenüber einer Haltevorrichtungen für die Kolbenstange 4a angeordnet ist, kann an diese Haltevorrichtung angebunden werden. Eine Verschiebung der Haltevorrichtung für die Kolbenstange 4a kann unterbrochen werden und eine Haltevorrichtung wird mit der Haltevorrichtung für die Kolbenstange 4a verbunden, ohne dass die Loslösung der Haltevorrichtung für die Kolbenstange 4a von einer anderen Haltevorrichtung erfolgen muss. Eine Haltevorrichtung kann durch die Verbindung mit einer anderen Haltevorrichtung oder durch die Verbindungen mit mehreren anderen Haltevorrichtungen, die gleichzeitig und/oder zeitversetzt erfolgt, in eine passende Position bewegt wird. Eine zusätzliche oder alternative Möglichkeit besteht darin, dass die Haltevorrichtungen über eine andere Vorrichtung in die passende Ausgangsstellung gefahren werden. Die andere Vorrichtung kann zum Beispiel eine hydraulische Weiterleitung darstellen, die aufgrund der Kraft von Kolben, die in anderen Fig. angeordnet sind, oder aufgrund einer Zwischenspeicherung der Kraft des Kolbens der Vorrichtung bewegt wird.
Aufgrund des Einsatzes von Messstangen und/oder Messpunkten, die an den Haltevorrichtungen oder den Stangen angebracht sind, die an den Haltevorrichtungen befestigt sind, werden die Positionen der beweglichen Bestandteile einer Vorrichtung ermittelt. Die Auswertungen der Positionen werden an die Steuerung übermittelt. Diese regelt das Ausfahren und den Einzug der Stifte/Stäbe, die für eine Verbindung der Haltevorrichtungen notwendig sind, sowie die Anzahl und die Positionen der Stifte/Stäbe, die ausgefahren oder eingezogen werden, und die Positionen der Haltevorrichtungen.
Zusätzlich zu dem Einsatz der Haltevorrichtungen oder an der Stelle der Haltevorrichtungen können Weiterleitungen mit einem Fluid eingesetzt werden. Diese leiteten die Kraft aufgrund der Verschiebung eines Fluides bzw. aufgrund des Druckniveaus des Fluides über ein Netzwerk von Leitungen und/oder Fluidräumen weiter. Die Weiterleitungen mit einem Fluid können zum Beispiel mit einer hydraulischen Weiterleitung verglichen werden. Bei einem Einsatz von Weiterleitungen mit einem Fluid sind die Verluste aufgrund von Reibungen zu berücksichtigen. Es bestehen weitere Möglichkeiten für die Weitergabe der Kraft eines Kolbens 3a und für die damit verbundenen Übersetzungen und Zwischenspeicher.
Für eine Steuerung der Vorrichtung werden mehrere Möglichkeiten genutzt. Alle beweglichen Bestandteile der Vorrichtung sind mit Messstangen verbunden. Zum Beispiel befindet sich an der Kolbenstange 4a des Kolbens 3a außerhalb der 4 eine Messstange. Die Messstange, die mit der Kolbenstange 4a verbunden ist, wird zusammen mit der Kolbenstange 4a bewegt, wenn die Kolbenstange 4a verschoben wird. Zwischen der Kolbenstange 4a und der Messstange kann eine Übersetzung angeordnet werden. Eine Messstange weist Unterteilungen in mehrere Abschnitte bzw. Markierungen auf. Die einzelnen Abschnitte einer Messstange unterscheiden sich aufgrund der Möglichkeit elektrischen Strom zu leiten oder Licht zu absorbieren oder wegen der magnetischen Ausrichtung etc. voneinander. In der Nähe einer Messstange befindet sich eine Vorrichtung zum Ablesen der Positionen der Markierungen, diese erfasst, ob eine Verschiebung der Messstange erfolgt und wie weit eine Messstange verschoben wird. Die Ergebnisse der Ablesung werden von einer Vorrichtung, die die Positionen der Markierungen der Messstange abliest, an die Steuerung weitergeleitet. Aufgrund von Messungen an den Messstangen wird die Position der beweglichen Bestandteile der Vorrichtung ermittelt und/oder verglichen. Abgesehen von der Ermittlung der Bewegungen der Messstangen wird aufgrund des Einsatzes von Sensoren das Temperaturniveau und/oder das Druckniveau der Fluide gemessen. Diese und andere Werte werden durch Vergleichswerte ergänzt, die durch vorherige und aktualisierte Eingaben in der Steuerung vorhanden sind und/oder die durch fortlaufende automatische Erfassungen angepasst werden. Durch die erhaltenen Messwerte und die Eingaben zu den Prozessbedingungen und Prozesszielen, wie zum Beispiel die Druckverhältnisse, die vorgesehenen Geschwindigkeiten der beweglichen Teile, die Eigenschaften des eingesetzten Fluides etc., werden die Abstände und die Geschwindigkeiten für die jeweiligen Abschnitte der Bewegungen der beweglichen Bestandteile ausgewertet und/oder errechnet. Die Ergebnisse führen zu einer Steuerung der Ventile und/oder Schieber sowie der anderen beweglichen Bestandteile der Vorrichtung, die an die Eingaben zu den Zielvorgaben der jeweiligen Prozessführung angepasst ist.
Die 5 zeigt einen Längsschnitt einer Kolbenmaschine mit einem unbeweglichen inneren Zylinder 5a, der in zwei Fluidräume unterteilt ist, zwischen denen ein Kolben 15a angeordnet ist, der an den Seitenwänden des Zylinders 5a anliegt. In jedem der beiden Fluidräume des Zylinders 5a ist der Einsatz mindestens einer Strömungshilfe 2a und/oder mindestens einer Isolationshilfe möglich. Außerdem sind an den äußeren Begrenzungen des inneren Zylinders 5a Fluidräumen 11a für ein Fluid zur Wärmeübertragung angeordnet, welches mit einem angepassten Druckniveau an die Wärmetauscherflächen geführt werden kann. Außerhalb des inneren Zylinders 5a befindet sich ein verschiebbarer äußerer Hohlzylinder 6a, der an den beiden Enden offene Seiten aufweist. Es handelt sich um eine schematische Darstellung einer Kolbenmaschine, die insgesamt mit 1b bezeichnet wird. In einem inneren Zylinder 5a befinden sich das Arbeitsfluid 8a sowie ein Kolben 15a. Das Arbeitsfluid 8a befindet sich auf beiden Seiten des Kolbens 15a. Auf jeder Seite des Kolbens 15a befindet sich ein Fluidraum des Zylinders 5a mit dem Arbeitsfluid 8a. In jedem der beiden Fluidräume kann mindestens eine Strömungshilfe 2a und/oder mindestens eine Isolationshilfe eingesetzt werden, falls der Einsatz von Strömungshilfen 2a und/oder Isolationshilfen vorgesehen ist. Die 5 weist in der Mitte eine röhrenförmige Kammer 5a auf, deren Form vergleichbar mit einem Hohlzylinder 5a ist. Die Begrenzungen 5a bzw. die Wände 5a des Raumes für das Arbeitsfluid 8a stellen eine Mantelröhre/einen Hohlzylinder 5a dar. Der Hohlzylinder 5a grenzt mit der äußeren Wand an die Fluidräume 11a für das Fluid zur Wärmeübertragung, welches zwischen den Einlässen 9a und den Auslässen 10a durch die Fluidräume 11a geleitet wird. Das Fluid zur Wärmeübertragung wird in den Fluidräumen 11a für einen Wärmeaustausch eingesetzt. Dafür wird das Fluid zur Wärmeübertragung von außen in die 5 eingeführt. Die Fluidräume 11a oder Kammern 11a werden nach außen durch die stabilisierende und wärmeisolierte Zylinderwand 6a/Mantelröhre 6a/den Begrenzungen 6a abgeschlossen. Die Begrenzungen 6a stellen einen Hohlzylinder 6a dar, der an den beiden Enden offene Seiten aufweist. In der rohrförmigen Kammer/dem Raum/dem inneren Zylinder 5a für das Arbeitsfluid 8a ist der Kolben 15a angeordnet. In der Darstellung der 5 erfolgt die Kraftübertragung für die Verschiebung des Kolbens 15a durch einen magnetischen Verbund. Aus diesem Grund ist eine weitere Kolbenstange für die Bewegung des Kolbens 15a nicht erforderlich. Der Kolben 15a kann mit einer Kolbenstange für die Bewegung des Kolbens 15a verbunden werden, wenn keine Kraftübertragung durch einen magnetischen Verbund erfolgt. Eine Druckniveauänderung des Arbeitsfluides 8a in einem Fluidraum oder in beiden Fluidräumen des Hohlzylinders 5a kann eine Bewegung des Kolbens 15a bewirken und eine Bewegung des Kolbens 15a hat eine Änderung des Druckniveaus und/oder des Volumens des Arbeitsfluides 8a in den beiden Fluidräumen des Hohlzylinders 5a zur Folge. Es besteht die Möglichkeit, dass der Kolben 15a aufgrund einer festgestellten Kolbenstange oder eines magnetischen Verbundes arretiert wird. Bei einer Arretierung des Kolbens 15a kann eine Verschiebung des Hohlzylinders 5a sowie der verbundenen Bestandteile erfolgen. Der Zylinder 5a weist an den Begrenzungen, die sich gegenüber dem Kolben 15a befinden, Ventilen und/oder Schieber auf. Diese Öffnungen zu dem Zylinder 5a sind mit Leitungen verbunden. Über diese Leitungen kann das Arbeitsfluid 8a zugeführt oder abgeleitet werden. Die Möglichkeiten und der Aufwand für die Vorrichtungen zur Abführung oder Zuleitung des Arbeitsfluides 8a ist abhängig vom Verwendungszweck sowie von dem gewählten Betriebsdruck in den Fluidräumen des Zylinders 5a. Falls das Druckniveau des Arbeitsfluides 8a abfällt, kann über diese Vorrichtung das Druckniveau wieder angepasst werden. Ferner kann über diese Vorrichtung eine Anpassung des Druckniveaus für bestimmte Prozesse erfolgen, falls dies für die Prozessführung vorteilhaft ist. Des Weiteren kann über diese Leitungen sowie weiteren zusätzlichen Verbindungen ein Austausch der Fluide 8a erfolgen, die innerhalb des Zylinders 5a eingesetzt werden. Ein Fluid 8a kann aus dem Zylinder 5a abgeführt oder in den Zylinder 5a eingeleitet werden, zum Beispiel um ein anderes Fluid 8a innerhalb des Zylinders 5a einzusetzen. Falls diese Verwendungsmöglichkeiten nicht vorgesehen sind, sind die Öffnungen für eine Zuleitung und Abführung oder dem Austausch eines Fluides 8a nicht erforderlich. Innerhalb der weiteren Kammern, die zwischen den Ventilen und/oder Schiebern des Zylinders 5a und den Leitungen angeordnet sind, befinden sich verschließbare Fluidräume mit Temperatursensoren und/oder Drucksensoren. Durch die Betätigung der Ventile und/oder Schieber kann ein verschließbarer Fluidraum mit den Temperatursensoren und/oder Drucksensoren innerhalb einer weiteren Kammer geöffnet werden. Eine weitere Kammer kann gegenüber den Leitungen oder dem Fluidraum des Zylinders 5a durch die Betätigung der Ventile und/oder Schieber der Kammer abgetrennt werden. Wird zu einem bestimmten Zeitpunkt das Temperaturniveau oder das Druckniveau gemessen, kann die Kammer zu dem Fluidraum des Zylinders 5a oder zu den Leitungen geöffnet werden, anschließend wird der Fluidraum mit den Temperatursensoren und/oder den Drucksensoren geöffnet, falls eine Messung des Temperaturniveaus und/oder des Druckniveaus vorgesehen ist. Zusätzlich oder an der Stelle der Leitungen kann auch die Möglichkeit eines manuellen Eingriffes bestehen, bei dem zum Beispiel ein Bestandteil des Zylinders 5a abgenommen wird. An den Begrenzungen des äußeren Zylinders 6a befinden sich die Öffnungen 9a für die Zuleitung des Fluides zur Wärmeübertragung. Das Fluid zur Wärmeübertragung strömt von den Öffnungen 9a für die Zuleitung des Fluides zur Wärmeübertragung innerhalb der Kammern 11a, die sich zwischen dem inneren Zylinder 5a und den Begrenzungen des äußeren Zylinders 6a befinden, zu den Auslässen 10a für die Abführung des Fluides zur Wärmeübertragung. Wenn das Fluid zur Wärmeübertragung innerhalb der Kammern 11a weitergeleitet wird, die sich zwischen dem inneren Zylinder 5a und dem äußeren Zylinder 6a befinden, wird es an den Begrenzungen des inneren Zylinders 5a vorbeigeleitet. Dabei erfolgt über die Begrenzungen/Wände/Wärmetauscherflächen des inneren Zylinders 5a ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid zur Wärmeübertragung, welches von der Zuleitung 9a zum Auslass 10a strömt, und dem Arbeitsfluid 8a. Es besteht die Möglichkeit, dass die Strecke, die dem Fluid für eine Wärmeübertragung zwischen der Zuleitung 9a und dem Auslass 10a zur Verfügung steht, an die Stellung des Kolbens 15a angepasst wird. Eine Möglichkeit besteht darin, dass innerhalb der Fluidräume 11a Verdränger eingesetzt werden, wie es zum Beispiel mit der 4 dargestellt wird. Die Verdränger der Fluidräume werden auf die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a geschoben. An den Positionen, an denen die Verdränger geschoben werden, strömt das Fluid zur Wärmeübertragung über die Verdränger und hat keinen Kontakt zu den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a. Aus diesem Grund ist an diesen Stellen die Wärmeübertragung des Fluides reduziert. Die Position der Verdränger des Fluidraums wird an die Stellung des Kolbens 15a angepasst. Wenn der Kolben 15a innerhalb des Zylinders 5a nach oben gefahren wird, werden zeitgleich die Verdränger innerhalb der Fluidräume 11a nach oben gefahren. Die Länge der Strecke der Verschiebung der Verdränger der Fluidräume 11a entspricht der Streckenlänge der Verschiebung des Kolbens 15a, damit auf der Höhe des Kolbens 15a das Fluid zur Wärmeübertragung innerhalb der Fluidräume 11a von den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des inneren Zylinders 5a verdrängt wird. Zusätzlich oder an der Stelle dieser Funktion besteht die Möglichkeit, dass mit Hilfe der Verdränger der Wärmeaustausch zwischen dem Fluid zur Wärmeübertragung und dem Arbeitsfluid 8a in den beiden Fluidräumen des Zylinders 5a gesteuert wird. Die Verdränger der Fluidräume 11a werden an den Bereichen der Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen eines Fluidraumes des Zylinders 5a gefahren, an denen der Wärmeaustausch reduziert wird. Zum Beispiel können die Verdränger der Fluidräume 11a an die Wärmetauscherflächen eines Fluidraums des Zylinders 5a gefahren werden, die für einen höheren Temperaturniveaubereich vorgesehen sind, wenn der Wärmeaustausch zwischen einem bestimmten Volumen des Fluides zur Wärmeübertragung und dem Arbeitsfluid 8a über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen desselben Fluidraums des Zylinders 5a für einen bestimmten Zeitraum überwiegend an den Wärmetauscherflächen für einen niedrigeren Temperaturniveaubereich erfolgt. Die Wärmetauscherflächen für einen höheren Temperaturbereich können sich zum Beispiel an den linken Längsseiten eines Fluidraums des Zylinders 5a befinden, und die Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a für einen niedrigen Temperaturniveaubereich können an den rechten Längsseiten eines Fluidraums des Zylinders 5a angeordnet werden. Wenn die Darstellung der 5 im Uhrzeigersinn um 90 Grad gedreht wird, stellen die linken Längsseiten die oberen Längsseiten eines Fluidraums des Zylinders 5a dar. Die rechten Längsseiten sind nach einer Drehung der Zeichnung die unteren Längsseiten eines Fluidraums des Zylinders 5a. Nach einem Wärmeaustausch, der überwiegend mit den Wärmetauscherflächen für einen niedrigeren Temperaturniveaubereich erfolgte, werden die Verdränger der Fluidräume 11a an die Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a für einen niedrigeren Temperaturniveaubereich geschoben. Danach werden die Verdränger der Fluidräume 11a von den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen für einen höheren Temperaturniveaubereich gefahren. Aus diesem Grund hat das Fluid zur Wärmeübertragung mit einem durchschnittlich höheren Temperaturniveau wieder Kontakt mit den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen desselben Fluidraums des Zylinders 5a für einen höheren Temperaturniveaubereich. Der Wärmeaustausch erfolgt innerhalb desselben Fluidraums überwiegend an den Wärmetauscherflächen für einen höheren Temperaturniveaubereich. Wenn in einem Fluidraum des Zylinders 5a das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 8a erhöht wird, wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 8a in dem anderen der beiden Fluidräume des Zylinders 5a verringert.
Zusätzlich oder an der Stelle des Einsatzes der Verdränger der Fluidräume 11a besteht die Möglichkeit, dass der äußere Zylinder 6a gegenüber dem inneren Zylinder 5a verschoben wird, oder dass der innere Zylinder 5a innerhalb des äußeren Zylinders 6a bewegt wird. Die Bewegungen des inneren Zylinders 5a und/oder des äußeren Zylinders 6a werden an die Positionen des Kolbens 15a angepasst. Die Darstellung der 5 zeigt einen beweglichen äußeren Zylinder 6a. Dieser ist mit einem Abstand von der äußeren Begrenzung eines unbeweglichen inneren Zylinder 5a angeordnet. An den beiden Seiten der Enden des inneren Zylinders 5a befinden sich mit einem Abstand die unbeweglichen Begrenzungen 14a bzw. Wände 14a mit Auslässen 10a für die Ableitung des Fluides zur Wärmeübertragung. Zwischen dem unbeweglichen inneren Zylinder 5a und dem beweglich angeordneten äußeren Zylinder 6a und zwischen den beiden Seiten an den Enden des Zylinders 5a und den unbeweglichen Begrenzungen 14a mit den Auslässen 10a befinden sich die Fluidräume 11a für das Fluid zur Wärmeübertragung. Die unbeweglichen Bestandteile liegen mit Dichtungen an dem beweglichen äußeren Zylinder 6a an. Eine Möglichkeit für den Ablauf der Verschiebungen des beweglichen äußeren Zylinders 6a besteht darin, dass der äußere Zylinder 6a zeitgleich mit dem Kolben 15a verschoben. Die Länge der Strecke der Verschiebung des äußeren Zylinders 6a entspricht der Streckenlänge der Verschiebung des Kolbens 15a, damit auf der Höhe des Kolbens 15a das Fluid zur Wärmeübertragung innerhalb der Fluidräume 11a von den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des inneren Zylinders 5a verdrängt wird. Innerhalb des Abschnittes, in dem sich der Kolben 15a im inneren Zylinder 5a befindet, verhindern die Dichtungen zwischen den Seitenwänden 13a des äußeren Zylinders 6a und den Bestandteilen der äußeren Begrenzungen des inneren Zylinders 5a eine Einleitung des Fluides zur Wärmeübertragung in die Bereiche bzw. in die Fluidräume 11a, die sich zwischen dem inneren Zylinder 5a und den äußeren Zylinder 6a befinden. Mit einem Abstand von den beiden Seiten der äußeren Enden des inneren Zylinders 5a sind die unbeweglichen Begrenzungen 14a angeordnet. Zwischen den beiden Seiten der äußeren Enden des Zylinders 5a und den Begrenzungen 14a befinden sich Fluidräume 11a. Die Enden bzw. Kanten der Begrenzungen 14a bzw. der Wände 14a liegen mit Dichtungen an den inneren Seitenwänden 13a des Zylinders 6a an. Die Dichtungen verhindern eine Weiterleitung des Fluides zur Wärmeübertragung, welches von den Öffnungen 9a zu den Auslässen 10a strömt. An den feststehenden und wärmeisolierten Begrenzungen 14a befinden sich Auslässe 10a für die Abführung des Fluides zur Wärmeübertragung. Die Öffnungen 9a für die Zuleitung des Fluides zur Wärmeübertragung sind an den Seitenwänden 13a des beweglichen äußeren Zylinders 6a angeordnet. Die erste Reihe der Öffnungen 9a, die für einen der beiden Fluidräume des Zylinders 5a an den Seitenwänden 13a angeordnet ist, befindet sich auf der Höhe, an der die Begrenzung des Kolbens 15a endet, die in eine der beiden Längsrichtungen des Zylinders 5a weist. Das Fluid zur Wärmeübertragung wird innerhalb eines Bereiches an den Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a vorbeigeführt, an denen sich auf der anderen Seite der Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a das Arbeitsfluid 8a befindet, damit über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid zur Wärmeübertragung und dem Arbeitsfluid 8a erfolgt. Innerhalb des Bereiches in dem sich auf der anderen Seite der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a der Kolben 15a befindet, wird der Bereich zwischen dem inneren Zylinder 5a und dem äußeren Zylinder 6a durch Dichtungen, die an den Seitenwänden 13a des Zylinders 6a anliegen, von dem Bereich, der von dem Fluid zur Wärmeübertragung durchströmt wird, abgetrennt. Am Rand der oberen Dichtungen befindet sich eine Reihe der Öffnungen 9a für den oberen der beiden Fluidräume des Zylinders 5a, und am Rand der unteren Dichtungen befindet sich eine Reihe der Öffnungen 9a für den unteren der beiden Fluidräume des Zylinders 5a. Eine erste Reihe der Öffnungen 9a ist für den oberen Fluidraum und die andere abgetrennte erste Reihe der Öffnungen 9a ist mit einem Abstand, der der Länge des Kolbens 15a entspricht, für den unteren Fluidraum des Zylinders 5a angeordnet. An den inneren Seitenwänden 13a des Zylinders 6a, die an den beiden Enden des Zylinders 6a über die feststehenden Wände 14a hinausragen, können weitere wärmeisolierte Wände verlaufen bzw. an den beiden Enden des Zylinders 6a befinden sich zwei weitere innere Hohlzylinder, die an den äußeren Begrenzungen der Wände 14a angeordnet ist, und die wärmeisoliert sind. Aufgrund der zusätzlichen Wärmeisolierung an den Enden des Zylinders 6a kann ein möglicher Wärmeaustausch zwischen den Enden der Seitenwände 13a des äußeren Zylinders 6a und dem Fluid in der Umgebung der 5 reduziert werden. Die 5 werden in einem gemeinsamen weiteren Fluidraum angeordnet.
Der Kolben 15a weist einen zusätzlichen Isolationskörper auf. Der Isolationskörper des Kolbens 15a hat eine Länge, die mindestens der Länge eines der beiden Fluidräume des Zylinders 5a entspricht, wenn dieser das größte Volumen aufweist. Der Abstand der Seitenwände des verlängerten Kolbens 15a zu den Seitenwänden des Zylinders 5a ist groß genug, um die Reibungen bei einer Verschiebung des Kolbens 15a möglichst weitgehend zu minimieren. Der längere Körper des Kolbens 15a reduziert den Wärmeaustausch zwischen den beiden Fluidräume, die sich innerhalb des Zylinders 5a befinden. Außerdem wird durch den Einsatz des Isolationskörpers des Kolbens 15a die Wärmeleitung zwischen den Wärmetauscherflächen vermindert. Der Isolationskörper besteht aus einem Material mit einer möglichst geringen Wärmespeicherfähigkeit und mit einer möglichst geringen Wärmeleitfähigkeit. Zwischen den Seitenwänden des Zylinders 5a und dem Isolationskörper bzw. dem verlängerten Körper des Kolbens 15a können zusätzliche Dichtungen angeordnet werden. Die Oberfläche und die Form des Kolbens 15a ist an den weiteren unbeweglichen Bestandteilen des Zylinders 5a und an den weiteren beweglichen Bestandteilen des Zylinders 5a angepasst. Der Kolben 15a weist zum Beispiel Verdränger auf, die das Volumen des Arbeitsfluides 8a möglichst weitgehend verringert, welches zwischen dem Kolben 15a und einem Bestandteil in der Nähe des Kolbens 15a verbleibt, wenn ein bewegliches Bestandteil des Zylinders 5a in die Richtung des Kolbens 15a bewegt wird, oder wenn der Kolben 15a in die Richtung dieses Bestandteiles geschoben wird. Wenn innerhalb des Zylinders 5a Strömungshilfen 2a eingesetzt werden, werden die Oberfläche und die Form des Kolbens 15a zudem an den jeweiligen Strömungsverhältnissen zum Ende der Bewegung einer Strömungshilfe 2a in die Richtung des Kolbens 15a angepasst. Wenn der Kolben 15a mit Hilfe einer Kolbenstange bewegt wird, und wenn innerhalb dieser Kolbenstange wärmeisolierte Leitungen für das Fluid zur Wärmeübertragung angeordnet sind, besteht die Möglichkeit, dass der Kolben 15a Wärmetauscherflächen aufweist. Wenn der Kolben 15a arretiert wird, können die Leitungen für das Fluid zur Wärmeübertragung direkt durch die Zylinderwände 5a geführt werden. Der Einsatz der Kolbenstangen ist nicht notwendig.
Der Kolben 15a ist zwischen zwei Fluidräumen des inneren Zylinders 5a angeordnet, in denen sich das Arbeitsfluid 8a befindet. Die 5 stellt zwei 4 dar, die einen gemeinsamen Kolben 15a nutzen. Weitere Merkmale, Möglichkeiten und Abläufe der 5 werden mit der 4 beschrieben. Innerhalb des Zylinders 5a befinden sich bewegliche Bestandteile, zum Beispiel der Kolben 15a und die Strömungshilfen 2a und/oder die Isolationshilfen, falls Strömungshilfen 2a und/oder Isolationshilfen eingesetzt werden. Wenn die Kraft für die Verschiebung der beweglichen Bestandteile durch den Einsatz eines magnetischen Verbundes oder über eine hydraulische Vorrichtung übertragen wird, werden keine Stangen für die Verschiebung der beweglichen Bestandteile benötigt. Aus diesem Grund besteht die Möglichkeit, dass der Zylinder 5a keine Öffnungen aufweist, durch die bewegliche Bestandteile geführt werden. Bei dem Einsatz einer Kolbenstange und/oder von Stangen für die Bewegung der Strömungshilfen 2a und/oder von Stangen für die Verschiebung der Isolationshilfen, weisen die Öffnungen für die Durchführung der beweglichen Bestandteile einer 5 einen Durchmesser auf, der insgesamt kleiner ist, als der Gesamtdurchmesser der Öffnungen, den zwei 4 aufweisen, da der Kolben 15a innerhalb des inneren Zylinders 5a angeordnet ist, der in zwei Fluidräume unterteilt wird. Aus diesem Grund können die Einstellungen für die Dichtungen des Kolbens 15a, die sich zwischen dem Kolben 15a und der Zylinderwand 5a befinden, verändert werden, ohne dass das Arbeitsfluid 8a aus dem inneren Zylinder 5a entweicht. Es ist vorgesehen, dass die Höhe und/oder das Druckniveau der Dichtungen an die jeweiligen Bedingungen angepasst werden, wenn sich die Bedingungen für den Einsatz der Dichtungen des Kolbens 15a ändern. Die Dichtungen des Kolbens 15a können so angepasst werden, dass die Reibungen des Kolbens 15a möglichst weitgehend minimiert werden, weil das Arbeitsfluid 8a nicht aufgrund einer anderen Einstellung der Dichtungen des Kolbens 15a aus dem Zylinder 5a entweichen kann. Ferner besteht die Möglichkeit, dass das Druckniveau in den beiden Fluidräumen des Zylinders 5a angeglichen wird. Für einen Druckniveauausgleich zwischen den beiden Fluidräumen kann die Höhe einer Dichtungen des Kolbens 5a verringert werden und/oder eine Verbindung zwischen den beiden Fluidräumen, die innerhalb des Kolbens 15a verläuft, wird durch das Öffnen von Ventilen und/oder Schiebern freigegeben. Auf jeder der beiden Seiten des Kolbens 15a, die in die Längsrichtungen des Zylinders 5a weisen, ist ein Fluidraum des Zylinders 5a angeordnet. Die Temperierung des Arbeitsfluides 8a erfolgt durch das Fluid zur Wärmeübertragung über die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des inneren Zylinders 5a. Diese Temperierung des Arbeitsfluides 8a eines Fluidraums erfolgt entgegengesetzt zu der Temperierung des Arbeitsfluides 8a des anderen der beiden Fluidräume des Zylinders 5a. Wenn das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 8a in dem oberen Fluidraum erhöht wird, erfolgt zeitgleich eine Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides 8a in dem unteren Fluidraum. Danach erfolgt eine Verringerung des Temperaturniveaus des Arbeitsfluides 8a in dem oberen Fluidraum, während zeitgleich das Temperaturniveau des Arbeitsfluides 8a in dem unteren Fluidraum erhöht wird. Dieser Vorgang wiederholt sich.
Die 6 zeigt einen Längsschnitt einer Kolbenmaschine, in der ein Verdränger 16a eingesetzt wird. Der Verdränger 16a schiebt das Fluid 8a des Zylinders 5a, in dem der Verdränger 16a angeordnet ist, von einem Bereich in einen anderen Bereich des Fluidraums des Zylinders 5a. Das Fluid 8a, welches von dem Verdränger 16a verschoben wird, kann innerhalb des Verdrängers 16a durch Wärmespeicher bzw. Regeneratoren geführt werden oder durch Ausnehmungen, die keine Regeneratoren aufweisen. In einem inneren Zylinder 5a, in dem mindestens ein Kolben 3a, der an den Seitenwänden des Zylinders anliegt, oder mindestens ein Plungerkolben 3a eingesetzt wird, befindet sich zwischen zwei Bereichen des Fluidraumes des inneren Zylinders 5a ein Verdränger 16a. Außerdem ist in jedem der beiden Bereiche des Fluidraums der Einsatz mindestens einer Strömungshilfe 2a und/oder mindestens einer Isolationshilfe möglich. Mit einem Abstand von dem inneren Zylinder 5a ist der äußere Zylinder 6a angeordnet. Zwischen dem inneren Zylinder 5a und dem äußeren Zylinder 6a werden Fluidräume 11a für ein Fluid zur Wärmeübertragung, welches mit einem angepassten Druckniveau an die Wärmetauscherflächen geführt wird, sowie Verdränger der Fluidräume 11a angeordnet. Es handelt sich um eine schematische Darstellung einer Kolbenmaschine, die insgesamt mit 1c bezeichnet wird. Die 6 weist in der Mitte eine röhrenförmige Kammer 5a auf, deren Form vergleichbar mit einem Hohlzylinder 5a ist. Die Begrenzungen 5a bzw. die Wände 5a des Raumes für das Arbeitsfluid 8a stellen eine Mantelröhre/einen Hohlzylinder 5a dar. Der Hohlzylinder 5a grenzt mit der äußeren Wand an die Fluidräume 11a für das Fluid zur Wärmeübertragung, welches zwischen den Einlässen 9a und den Auslässen 10a durch die Fluidräume 11a geleitet wird. Das Fluid zur Wärmeübertragung wird in den Fluidräumen 11a für einen Wärmeaustausch eingesetzt. Dafür wird das Fluid zur Wärmeübertragung von außen in die 6 eingeführt. Das Fluid zur Wärmeübertragung wird durch die Öffnungen 9a, die für eine Zuleitung des Fluides zur Wärmeübertragung an der Seitenwand 13a des äußeren Zylinders 6a angeordnet sind, in die 6 eingeführt. In den Fluidräumen 11a strömt das Fluid zur Wärmeübertragung an den Verdrängern des Fluidraums 11a und an den Begrenzungen bzw. den Wärmetauscherflächen des inneren Zylinders 5a vorbei. Über die Begrenzungen bzw. die Wärmetauscherflächen des inneren Zylinders 5a erfolgt ein Wärmeaustausch. Anschließend wird das Fluid zur Wärmeübertragung wieder durch die Auslässe 10a abgeleitet. Die Auslässe 10a sind für die Abführung des Fluides zur Wärmeübertragung an dem äußeren Zylinder 6a angeordnet. Die Verdränger des Fluidraums 11a werden mit Hilfe einer Stange 12a für die Bewegung der Verdränger verschoben, wenn kein magnetischer Verbund für eine Kraftübertragung eingesetzt wird. Die Fluidräume 11a oder Kammern 11a werden nach außen durch die stabilisierende und wärmeisolierte Zylinderwand 6a/Mantelröhre 6a/den Begrenzungen 6a abgeschlossen. In der rohrförmigen Kammer/dem Raum/dem Zylinder 5a für das Arbeitsfluid 8a ist mindestens ein Kolben 3a oder ein Plungerkolben 3a angeordnet oder es befinden sich mindestens eine der gekoppelten Kolbenhälften 3a in dem Zylinder 5a. Mit Kolben 3a wird im Gegensatz zum Plungerkolben 3a ein Kolben 3a bezeichnet, der an den Zylinderwänden anliegt, daher mit den Zylinderwänden 5a einen Fluidraum mit dem Arbeitsfluid 8a abschließt. Ein Plungerkolben 3a kann einen größeren oder einen möglichst minimalen Abstand zu den seitlichen Wänden des Hohlzylinders 5a aufweisen. Der Plungerkolben 3a oder der Kolben 3a werden im Folgenden überwiegend als Kolben 3a bezeichnet, sofern nicht eine gesonderte Auflistung von Plungerkolben 3a oder Kolben 3a den Unterschied verdeutlicht. Der Kolben 3a ist mit einer Kolbenstange 4a für die Bewegung des Kolbens 3a verbunden, wenn keine Kraftübertragung durch einen magnetischen Verbund erfolgt. Eine Druckniveauänderung des Arbeitsfluides 8a in den beiden Bereichen des Fluidraum des Hohlzylinders 5a kann eine Bewegung des Kolbens 3a bewirken und eine Bewegung des Kolbens 3a hat eine Änderung des Druckniveaus und/oder des Volumens des Arbeitsfluides 8a in den beiden Bereichen des Fluidraum des Hohlzylinders 5a zur Folge.
In der Darstellung der 6 werden zwei Kolben 3a eingesetzt. In jedem der beiden Bereiche, in die der Zylinders 5a geteilt wird, ist ein Kolben 3a angeordnet. Wenn innerhalb des Zylinders 5a zwei Kolben 3a genutzt werden, werden die Einlässe 9a für die Zuleitung des Fluides zur Wärmeübertragung sowie die Auslässe 10a für die Abführung des Fluides zur Wärmeübertragung an den Seitenwänden 13a des äußeren Hohlzylinders 6a angeordnet, der an diesen Stellen Öffnungen aufweist.
Der Einsatz eines Kolbens 3a innerhalb des Zylinders 5a ist ausreichend. Wenn innerhalb des Zylinders 5a ein Kolben 3a eingesetzt wird, ist die Wand bzw. Begrenzung, die gegenüber von dem Kolben 3a angeordnet ist, mit einem Ventil und/oder Schieber versehen. Dieser Zugang zu den Zylinder 5a ist mit den Leitungen verbunden. Über diese Leitungen kann das Arbeitsfluid 8a zugeführt oder abgeleitet werden. Die Möglichkeiten und der Aufwand für die Vorrichtungen zur Abführung oder Zuleitung des Arbeitsfluides 8a ist abhängig vom Verwendungszweck sowie von dem gewählten Betriebsdruck für das Fluid 8a des Zylinders 5a. Falls das Druckniveau des Arbeitsfluides 8a abfällt, kann über diese Vorrichtung das Druckniveau wieder angepasst werden. Ferner kann über diese Vorrichtung eine Anpassung des Druckniveaus für bestimmte Prozesse erfolgen. Des Weiteren kann über diese Leitungen sowie weiteren zusätzlichen Verbindungen ein Austausch des Fluides 8a erfolgen, das innerhalb des Zylinders 5a eingesetzt wird. Ein Fluid 8a kann aus dem Zylinder 5a abgeführt oder in den Zylinder 5a eingeleitet werden, zum Beispiel wenn das Fluid 8a ausgetauscht werden muss. In einer weiteren Kammer, die zwischen den Ventilen und/oder Schiebern des Zylinders 5a und den Leitungen angeordnet ist, befinden sich ein verschließbarer Fluidraum mit Temperatursensoren und/oder Drucksensoren. Durch die Betätigung der Ventile und/oder Schieber kann der verschließbare Fluidraum mit den Temperatursensoren und/oder Drucksensoren innerhalb der weiteren Kammer geöffnet werden. Die weitere Kammer kann gegenüber den Leitungen oder dem Fluidraum des Zylinders 5a durch die Betätigung der Ventile und/oder Schieber, die an den beiden Enden der weiteren Kammer angeordnet sind, abgetrennt werden. Wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt das Temperaturniveau oder das Druckniveau gemessen wird, kann die Kammer zu dem Fluidraum des Zylinders 5a oder zu den Leitungen geöffnet werden, anschließend wird der Fluidraum mit den Temperatursensoren und/oder den Drucksensoren geöffnet, falls eine Messung des Temperaturniveaus und/oder des Druckniveaus vorgesehen ist. Zusätzlich oder an der Stelle der Leitungen kann auch die Möglichkeit eines manuellen Eingriffes bestehen, bei dem zum Beispiel eine verstellbare Begrenzung des Zylinders 5a abgenommen wird.
Der Verdränger 16a wird innerhalb des Zylinders 5a verschoben, damit das Arbeitsfluid 8a des Fluidraums des Zylinders 5a aus einem Bereich des Fluidraums verdrängt wird und in einen anderen Bereich des Fluidraums strömt. Das Arbeitsfluid 8a wird aufgrund des Körpervolumens des Verdrängers 16a von einem Bereich in einen anderen Bereich des Zylinders 5a geschoben, aus diesem Grund kann der Verdränger mit einer geringen Reibung bewegt werden, weil die Seitenwände des Verdrängers nicht an den Seitenwänden des Zylinders 5a anliegen müssen. Die Länge des Verdrängers 16a entspricht mindestens der Länge des längsten Bereiches des Fluidraums, zu einem Zeitpunkt, an dem das Fluid 8a dieses Bereiches des Zylinders 5a das größte Volumen aufweist. Dafür besitzt der Verdränger 16a einen Isolationskörper. Der Abstand der Seitenwände des Isolationskörpers bzw. des verlängerten Verdrängers 16a zu den Seitenwänden des Zylinders 5a ist so groß, dass die Reibungen bei einer Verschiebung des Verdrängers 16a minimieren werden. Aufgrund der Länge des Isolationskörpers des Verdrängers 16a wird die Wärmeleitung zwischen den Wärmetauscherflächen eines Bereiches des Fluidraums und eines anderen Bereiches des Fluidraums des inneren Zylinders 5a reduziert. Außerdem unterteilt der Verdränger 16a den Fluidraum des inneren Zylinders 5a in zwei Bereiche in denen die Begrenzungen bzw. Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a ein unterschiedliches durchschnittliches Temperaturniveau aufweisen. Der Isolationskörper des Verdrängers 16a bzw. der verlängerte Verdränger 16a besteht aus einem Material mit einer möglichst geringen Wärmespeicherfähigkeit und mit einer möglichst geringen Wärmeleitfähigkeit. An dem Isolationskörper können zusätzliche Dichtungen angeordnet werden, die sich zwischen den Seitenwänden des Isolationskörpers bzw. des verlängerten Körpers des Verdrängers 16a und den Seitenwänden des Zylinders 5a befinden, falls dies erforderlich ist. Innerhalb des Verdrängers 16a befinden sich Durchlässe/Ausnehmungen/Hohlräume/Leitungen durch die das Arbeitsfluid 8a strömt, wenn der Verdränger 16a innerhalb des Zylinders 5a verschoben wird. Es besteht die Möglichkeit, dass an den Öffnungen an beiden Seiten der Durchlässe des Verdrängers 16a Ventile und/oder Schieber angeordnet werden. Diese Ventile und/oder Schieber können die Öffnungen an den beiden Enden der Durchlässe, die innerhalb des Verdrängers 16a angeordnet sind, verschließen. Die Durchlässe werden geschlossen, damit das Volumen des Arbeitsfluides 8a, welches sich innerhalb der Durchlässe des Verdrängers 16a befindet, von dem Volumen des Arbeitsfluides 8a in dem übrigen Fluidraum des Zylinders 5a abgetrennt ist. Die Abtrennung des Volumens des Arbeitsfluides 8a, welches sich innerhalb der Durchlässe des Verdrängers 16a befindet, von dem restlichen Volumen des Arbeitsfluides 8a des Zylinders 5a ist erforderlich, wenn das Arbeitsfluid 8a, welches die Durchlässe in dem Verdränger 16a durchströmt hat, im Anschluss an diese Durchleitung in den jeweiligen Bereichen des Fluidraums des Zylinders 5a weiter temperiert wird. Wenn die weitere Temperierung des Volumens des Arbeitsfluides 8a, welches durch den Verdränger 16a geleitet wurde, über die Begrenzungen bzw. die Wärmetauscherflächen des jeweiligen Bereiches des Zylinders 5a erfolgt, wird das Volumen des Arbeitsfluides 8a, welches in den Durchlässen des Verdrängers 16a verblieben ist, nicht weiter temperiert. Bei dem Volumen des Arbeitsfluides 8a, bei dem das Temperaturniveau nicht weiter geändert wird, ändert sich das Druckniveau und/oder das Volumen nicht im Sinne des Prozesszieles. Aus diesem Grund wird das verbliebene Volumen des Arbeitsfluides in den Durchlässen des Verdrängers 16a von dem übrigen Volumen des Arbeitsfluides 8a, welches sich in dem Fluidraum des Zylinders 5a befindet, abgetrennt, wenn das übrigen Volumen des Arbeitsfluides 8a nach der Abtrennung in einem entsprechenden Umfang weiter temperiert wird. Vor einer Verschiebung des Verdrängers 16a besteht zudem die Möglichkeit, dass eine bestimmte Anzahl von Durchlässen des Verdrängers 16a verschlossen werden, wenn für die Erreichung des Prozesszieles ein kleineres Volumen vorgesehen ist, welches für die Durchleitung des Arbeitsfluides 8a genutzt wird. Die Oberfläche und die Form des Verdrängers 16a werden so gestaltet, dass sie an den beweglichen und unbeweglichen Bestandteilen des Zylinders 5a angepasst sind. Zum Beispiel weist der Verdränger 16a Formen auf, die das Volumen des Arbeitsfluides 8a möglichst weitgehend verringert, welches zwischen dem Verdränger 16a und einem Bestandteil in der Nähe des Verdrängers 16a verbleibt, wenn der Verdränger 16a in die Richtung dieses Bestandteiles des Zylinders 5a bewegt wird, oder wenn ein Bestandteil in die Richtung des Verdrängers 16a geschoben wird. Wenn innerhalb des Zylinders 5a Strömungshilfen 2a eingesetzt werden, werden die Oberfläche und die Form des Verdrängers 16a zudem an den jeweiligen Strömungsverhältnissen zum Ende der Bewegung einer Strömungshilfe 2a in die Richtung des Verdrängers 16a angepasst. Wenn der Verdränger 16a mit Hilfe einer Stange bewegt wird, und wenn innerhalb dieser Stange wärmeisolierte Leitungen für das Fluid zur Wärmeübertragung angeordnet sind, besteht die Möglichkeit, dass der Verdränger 16a Wärmetauscherflächen aufweist. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass das Fluid zur Wärmeübertragung für Wärmespeicher eingesetzt wird, die innerhalb des Verdrängers 16a angeordnet werden können. Wenn der Verdränger 16a aufgrund einer festgestellten Stange, die mit dem Verdränger 16a verbunden ist, oder aufgrund eines magnetischen Verbundes arretiert ist, kann eine Verschiebung des Hohlzylinders 5a sowie der verbundenen Bestandteile erfolgen. Die Leitungen für das Fluid zur Wärmeübertragung können dann direkt durch die Zylinderwände 5a geführt werden.
Aufgrund des Einsatzes des Verdrängers 16a ist eine zusätzliche Unterteilung der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a in verschiedene Temperaturniveaubereiche oder in Flächen, die ein bestimmtes Temperaturniveau aufweisen, möglich. Wenn der Verdränger 16a innerhalb des Zylinders 5a nach unten verschoben wird, strömt das verdrängte Arbeitsfluid 8a des Zylinders 5a durch die Durchlässe innerhalb des Verdrängers 16a in einen oberen Bereich. In einem oberen Bereich des Zylinders 5a werden die Begrenzungen bzw. die Wärmetauscherflächen für einen höheren Temperaturniveaubereich oder für ein höheres Temperaturniveau genutzt als in einem unteren Bereich des Zylinders 5a. Der Wärmeaustausch kann im oberen Bereich durch den Einsatz einer Strömungshilfe 2a verstärkt werden. Die Strömungshilfe 2a kann das Arbeitsfluid 8a, welches von der Strömungshilfe 2a verschoben wird, an allen Längsseiten des oberen Bereiches des Zylinders 5a vorbeiführen, sowie einen Teil des Arbeitsfluides 8a verdrängen, welches sich vor den weiteren Bestandteilen befindet, die auf den beiden Seiten der Strömungshilfe 2a, die nicht die Längsseiten darstellen, angeordnet sind, zum Beispiel wenn sich dort ein Kolben 3a befindet. Wenn innerhalb des oberen Bereiches des Zylinders 5a eine Strömungshilfe 2a eingesetzt wird, die das Arbeitsfluid 8a, welches von der Strömungshilfe 2a verschoben wird, verstärkt bzw. überwiegend an einem bestimmten Bereich der Längsseiten des Zylinders 5a vorbeiführt, und/oder wenn innerhalb des oberen Bereiches eine Isolationshilfe eingesetzt wird, besteht die Möglichkeit, dass eine zusätzliche Unterteilung der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des oberen Bereiches des Zylinders 5a in verschiedene Temperaturniveaubereiche oder in Flächen, die ein bestimmtes Temperaturniveau aufweisen, möglich ist. Zum Beispiel können die linken Längsseiten des oberen Bereiches für den höchsten Temperaturniveaubereich oder für das höchste Temperaturniveau genutzt werden. Die rechten Längsseiten des oberen Bereiches des Zylinders 5a werden für einen Temperaturniveaubereich, genutzt, der entsprechend niedriger ist als das der linken Längsseiten. Wenn der Verdränger 16a innerhalb des Zylinders 5a wieder nach oben verschoben wird, strömt das verdrängte Arbeitsfluid 8a des Zylinders 5a durch die Durchlässe innerhalb des Verdrängers 16a in einen unteren Bereich. In einem unteren Bereich des Zylinders 5a werden die Begrenzungen bzw. die Wärmetauscherflächen für einen niedrigeren Temperaturniveaubereich oder für ein niedrigeres Temperaturniveau genutzt als in einem oberen Bereich des Zylinders 5a. Der Wärmeaustausch kann im unteren Bereich durch den Einsatz einer Strömungshilfe 2a verstärkt werden. Diese Strömungshilfe 2a kann das Arbeitsfluid 8a, welches von der Strömungshilfe 2a verschoben wird, an allen Längsseiten des unteren Bereiches des Zylinders 5a vorbeiführen, sowie einen Teil des Arbeitsfluides 8a verdrängen, welches sich vor den weiteren Bestandteilen des Zylindesraums 5a befindet. Zum Beispiel kann ein Teil des Fluides vor dem Kolben auf der einen Seite oder vor dem Verdränger auf der anderen Seite der Strömungshilfe 2a verschoben werden. Wenn innerhalb des unteren Bereiches des Zylinders 5a eine Strömungshilfe 2a eingesetzt wird, die das Arbeitsfluid 8a, welches von der Strömungshilfe 2a verschoben wird, verstärkt bzw. überwiegend an einem bestimmten Bereich der Längsseiten vorbeiführt, und/oder wenn innerhalb des unteren Bereiches eine Isolationshilfe eingesetzt wird, besteht die Möglichkeit, dass eine zusätzliche Unterteilung der Begrenzungen bzw. der Wärmetauscherflächen des Zylinders 5a in verschiedene Temperaturniveaubereiche oder in Flächen, die ein bestimmtes Temperaturniveau aufweisen, erfolgt. Zum Beispiel können die rechten Längsseiten des unteren Bereiches für den niedrigsten Temperaturniveaubereich oder für das niedrigste Temperaturniveau genutzt werden und die linken Längsseiten des unteren Bereiches des Zylinders 5a werden für einen Temperaturniveaubereich verwendet, der höher ist. Nach der Verschiebung des Verdrängers 16a befindet sich ein bestimmtes Volumen des Arbeitsfluides 8a innerhalb der Durchlässe des Verdrängers 16a. Um das Volumen dieses Arbeitsfluides 8a zu verringern, können weitere Verdränger eingesetzt werden, die innerhalb des Verdrängers 16a angeordnet sind, und die in die Durchlässe des Verdrängers 16a gefahren werden, wenn die Verschiebung des Verdrängers 16a beendet ist. An der Stelle von weiteren Verdrängern, die innerhalb des Verdrängers 16a angeordnet sind, besteht die Möglichkeit, dass die weiteren Verdränger in den Bestandteilen angeordnet werden, die in die Nähe des Verdrängers geschoben werden, oder in deren Nähe der Verdränger 16a gefahren wird. Diese weiteren Verdränger werden von dem jeweiligen Bestandteil ausgefahren, um in die Durchlässe des Verdrängers 16a eingeführt zu werden. Die Bewegung der Körper für die Verdrängung erfolgt mit einem Fluid für den Druckausgleich wie in der Darstellung der 4 für die Bewegung des Kolbens des Fluidraumes für die Aufnahme der Isolationshilfe oder für die Verschiebung einer Wand bzw. einer Begrenzung des Zylinders 5a, um den Totraum bei der Abführung des komprimierten Fluides zu verringern. Das Arbeitsfluid 8a strömt bei einer Verschiebung des Verdrängers 16a durch die Durchlässe des Verdrängers 16a in einen bestimmten Bereich des Zylinders 5a. Dies kann zum Beispiel der obere oder der untere Bereich des Zylinders 5a sein. In dem Bereich des Zylinders 5a, in den das Arbeitsfluid 8a geschoben wird, ist der Kolben für den Druckausgleich angeordnet. Wenn sich die weiteren Verdränger, die in den Verdränger 16a eingefahren werden, innerhalb eines Bestandteiles des Zylinders 5a befinden, zum Beispiel in einer Wand des Zylinders 5a oder in einem Kolben 3a, ist der Kolben für den Druckausgleich über eine Leitung mit dem Fluid für den Druckausgleich mit den Verdrängern dieses Bestandteiles verbunden. Der Kolben für den Druckausgleich befindet sich innerhalb des Bereiches des Zylinders 5a, in dem das Bestandteil mit den weiteren Verdrängern nicht angeordnet ist. Zum Beispiel befindet sich der Kolben für den Druckausgleich im unteren Bereich des Zylinders 5a, wenn die weiteren Verdränger aus einem Bestandteil des Zylinders 5a in den Verdränger 16a eingefahren werden, das sich im oberen Bereich des Zylinders 5a befindet, damit das Volumen des Arbeitsfluides 8a, welches aufgrund des Einsatzes der weiteren Verdränger bewegt wird, in den vorgesehenen unteren Bereich des Zylinders 5a strömt. In jedem der zwei Bereiche des Zylinders 5a auf den beiden Seiten des Verdrängers 16a ist ein Bestandteil erforderlich, welches die weiteren Verdränger aufweist. Die weiteren Verdränger werden aus einem Bestandteil, welches sich im oberen Bereich des Zylinders 5a befindet, am Ende der Verschiebung des Verdrängers 16a in den Verdränger 16a eingeführt, wenn das Arbeitsfluid 8a in den unteren Bereich des Zylinders 5a geschoben wird. Dabei wird der Kolben für den Druckausgleich, der sich im unteren Bereich befindet, eingefahren. Bei einer Verdrängung des Arbeitsfluides 8a in die entgegengesetzte Richtung werden die weiteren Verdränger werden aus einem Bestandteil, welches sich im unteren Bereich des Zylinders 5a befindet, am Ende der Verschiebung des Verdrängers 16a in den Verdränger 16a eingeführt, wenn das Arbeitsfluid 8a in den oberen Bereich des Zylinders 5a geschoben wird. Zeitgleich wird der Kolben für den Druckausgleich, der sich im oberen Bereich befindet, in den Fluidraum, der das Fluid für den Druckausgleich enthält, geschoben. Jedes der beiden Bestandteile ist über eine getrennte Leitung, die das Fluid für den Druckausgleich enthält, mit einem Kolben für den Druckausgleich verbunden, der sich in dem Bereich des Zylinders 5a befindet, in dem das jeweilige Bestandteil mit den weiteren Verdrängern nicht angeordnet ist. In jedem der beiden Bereiche ist ein Kolben für den Druckausgleich angeordnet. Wenn die weiteren Verdränger innerhalb des Verdrängers 16a angeordnet sind, befinden sich die Kolben für den Druckausgleich auf den beiden Seiten des Verdrängers 16a, die zu den Bereichen des Zylinders 5a weisen, in die das Arbeitsfluid 8a bei einer Verschiebung des Verdrängers 16a strömt. Für den Druckausgleich ist auf jeder Seite des Verdrängers 16a mindestens ein Kolben angeordnet. Auf beiden Seiten des Verdrängers 16a können zudem mehrere Kolben für den Druckausgleich angeordnet werden. Wenn der Verdränger 16a innerhalb des Zylinders 5a nach unten verschoben wird, strömt das verdrängte Arbeitsfluid 8a des Zylinders 5a durch die Durchlässe innerhalb des Verdrängers 16a in den oberen Bereich. Im Anschluss an diese Verschiebung wird die Arretierung der Kolben für den Druckausgleich, die auf der Seite des Verdrängers 16a angeordnet sind, die an den oberen Bereich grenzt, in welchem das Arbeitsfluid 8a geschoben wurde, gelöst. Die Kolben für den Druckausgleich werden auf dieser Seite des Verdrängers 16a zurückgefahren. Zeitgleich werden die weiteren Verdränger in die Durchlässe des Verdrängers 16a geschoben. Die Kolben für den Druckausgleich sind über die Leitung und/oder über den Fluidraum mit dem Fluid für den Druckausgleich mit den weiteren Verdrängern verbunden. Nach der Verschiebung werden die Kolben für den Druckausgleich festgestellt. Bevor der Verdränger 16a nach oben verschoben wird, wird die Arretierung der Kolben für den Druckausgleich wieder gelöst. Die Kolben für den Druckausgleich werden aus dem Verdränger 16a in die Richtung des oberen Bereiches bewegt. Zeitgleich werden die weiteren Verdränger aus den Durchlässen des Verdrängers 16a geschoben. Im Anschluss an diese Verschiebung werden die Kolben für den Druckausgleich wieder arretiert. Wenn der Verdränger 16a innerhalb des Zylinders 5a wieder nach oben verschoben wird, strömt das verdrängte Arbeitsfluid 8a des Zylinders 5a durch die Durchlässe innerhalb des Verdrängers 16a in den unteren Bereich. Im Anschluss an diese Verschiebung wird die Arretierung der Kolben für den Druckausgleich, die auf der Seite des Verdrängers 16a angeordnet sind, die an den unteren Bereich grenzt, in welchem das Arbeitsfluid 8a geschoben wurde, gelöst. Die Kolben für den Druckausgleich werden auf dieser Seite des Verdrängers 16a zurückgefahren. Zudem werden die weiteren Verdränger in die Durchlässe des Verdrängers 16a geschoben. Die Kolben für den Druckausgleich sind über die Leitung und/oder über den Fluidraum mit dem Fluid für den Druckausgleich mit den weiteren Verdrängern verbunden. Nach der Verschiebung werden die Kolben für den Druckausgleich festgestellt. Bevor der Verdränger 16a nach unten verschoben wird, wird die Arretierung der Kolben für den Druckausgleich wieder gelöst. Die Kolben für den Druckausgleich werden aus dem Verdränger 16a in die Richtung des unteren Bereiches bewegt. Zeitgleich werden die weiteren Verdränger aus den Durchlässen des Verdrängers 16a geschoben. Im Anschluss an diese Verschiebung werden die Kolben für den Druckausgleich wieder arretiert. Damit die weiteren Verdränger, die innerhalb des Verdrängers 16a angeordnet sind, für die Reduzierung des Volumens der Durchlässe des Verdrängers 16a verschoben werden können, grenzen die Wände der weiteren Verdränger mit der Seite bzw. der Begrenzung oder mit einer Kolbenwand, die sich gegenüber von den Durchlässen des Verdrängers 16a befindet, in denen sich das Arbeitsfluid 8a befindet, an ein Fluid, welches für einen Druckausgleich verwendet wird. Das Fluid für den Druckausgleich grenzt außerdem an einen zweiten Kolben. Für einen Druckausgleich kann dieser Kolben innerhalb des Zylinders 5a verschoben werden. Dieser Kolben für den Druckausgleich grenzt mit der Kolbenwand, die sich gegenüber der Kolbenwand befindet, die zu einem Bereich des Zylinders 5a weist, der das verdrängte Arbeitsfluid 8a aufnimmt, an das Fluid, welches für den Druckausgleich verwendet wird. An das Fluid für den Druckausgleich grenzt auf der einen Seite einer Leitung und/oder eines Fluidraumes die Wand eines weiteren Verdrängers mit der Seite bzw. Begrenzung oder mit einer Kolbenwand, die sich gegenüber von der Seite befindet, die zu den Durchlässen des Verdrängers 16a weist. Auf der anderen Seite dieser Leitung und/oder dieses Fluidraums mit dem Fluid für den Druckausgleich grenzt die Kolbenwand bzw. Seite des zweiten Kolbens für einen Druckausgleich, die sich gegenüber von der Seite befindet, die zu dem Bereich des Zylinders 5a weist, der das verdrängte Arbeitsfluid 8a aufnimmt. Der Kolben für den Druckausgleich kann auch in einem anderen Fluidraum angeordnet werden, insbesondere, wenn das Fluid des Zylinders 5a in einen anderen Zylinder geschoben wird. Zeitgleich mit einer Verschiebung des Kolbens für den Druckausgleich werden die weiteren Verdränger bewegt. Die Vergrößerung oder Verkleinerung des Volumens des Bereiches des Zylinders 5a, in den das Arbeitsfluid 8a geschoben wird, entspricht dabei der Verkleinerung oder der Vergrößerung des Volumens der Durchlässe des Verdrängers 16a. Diese Verdrängung mit der Verwendung eines Fluides für den Druckausgleich ist mit zusätzlichen Reibungen verbunden. Im Folgenden wird zudem eine Verdrängung beschrieben, bei der das Arbeitsfluid 8a eingesetzt wird.
Innerhalb der Durchlässe des Verdrängers 16a können Wärmespeicher bzw. Regeneratoren angeordnet werden. Wenn der Verdränger 16a innerhalb des Zylinders 5a nach oben verschoben wird, strömt das verdrängte Arbeitsfluid 8a des Zylinders 5a durch die Durchlässe innerhalb des Verdrängers 16a in den unteren Bereich. In dem unteren Bereich des Zylinders 5a werden die Begrenzungen bzw. die Wärmetauscherflächen für einen niedrigeren Temperaturniveaubereich oder für ein niedrigeres Temperaturniveau genutzt als in dem oberen Bereich des Zylinders 5a. Das Arbeitsfluid 8a, welches durch die Wärmespeicher des Verdrängers 16a strömt, gibt Wärme ab. Wenn der Verdränger 16a innerhalb des Zylinders 5a nach unten verschoben wird, strömt das verdrängte Arbeitsfluid 8a des Zylinders 5a durch die Durchlässe innerhalb des Verdrängers 16a in den oberen Bereich. In dem oberen Bereich des Zylinders 5a werden die Begrenzungen bzw. die Wärmetauscherflächen für einen höheren Temperaturniveaubereich oder für ein höheres Temperaturniveau genutzt als in dem unteren Bereich des Zylinders 5a. Das Arbeitsfluid 8a, das durch die Wärmespeicher des Verdrängers 16a strömt, nimmt Wärme auf. Als Material für die Wärmespeicherung kann Kupfer verwendet werden. Das Arbeitsfluid 8a wird an Kupferstreifen vorbeigeführt, die die Wärme des Arbeitsfluides 8a speichern. Die einzelnen Kupferstreifen werden in mehrere Abschnitte unterteilt. Jeder Abschnitt ist durch ein wärmeisolierendes Material von dem nächsten Kupferabschnitt getrennt, damit eine Wärmeleitung innerhalb der Kupferstreifen möglichst weitgehend vermieden wird. Alle Kupferstreifen weisen die gleiche Länge und Dicke auf. Die Länge der Kupferstreifen beträgt ein Vielfaches ihrer Breite. Auf der einen Seite der Kupferstreifen, im Folgenden Rückseite genannt, wird ein Träger aus einem wärmeisolierenden Material für die Stabilisierung der Kupferstreifen angebracht. Jeweils vier Kupferstreifen werden so angeordnet, dass ein Rechteck mit einem quadratischen Querschnitt entsteht. Der untere und der obere Kupferstreifen ist mit der Rückseite an einer Trägerkonstruktion, zum Beispiel einem Gitter befestigt. Sie bilden den Boden und die Decke für den Durchlass mit dem quadratischen Querschnitt, durch den das Arbeitsfluid 8a strömt. Der linke und der rechte Kupferstreifen bilden die beiden Seitenwände.
Zwischen den Seitenwänden und den beiden Kupferstreifen, die den Boden sowie die Decke bilden, befindet sich ein Abstand. Der linke und der rechte Kupferstreifen werden mit einem Abstand zu dem Boden und zu der Decke angeordnet, die aus dem unteren und oberen Kupferstreifen bestehen. Aus diesem Grund kann die Breite des linken und des rechten Kupferstreifen entsprechend diesem Abstand kleiner sein als die Breite der beiden Kupferstreifen, die den Boden sowie die Decke bilden, damit die vier Kupferstreifen ein Rechteck mit einem quadratischen Querschnitt bilden können. Die beiden Seitenwände sind nicht direkt an einer Trägerkonstruktion, zum Beispiel einem Gitter befestigt. Der linke und der rechte Kupferstreifen sind bewegungsflexibel mit der Rückseite an einer Folie befestigt. Eine Folie ist an der unteren und der oberen Kante der Rückseite des rechten Kupferstreifen angebracht. Außerdem ist eine weitere Folie an der unteren und der oberen Kante der Rückseite des linken Kupferstreifens befestigt. Die Folien bildet an der Rückseite Falten bzw. Ausstülpungen. Die Enden der Folie des linken Kupferstreifens sind an einer Trägerkonstruktion angebracht, die sich auf der linken Seite befindet. Außerdem sind die Enden der zweiten Folie des rechten Kupferstreifens an einer Trägerkonstruktion angebracht, die auf der rechten Seite angeordnet sind. Die Kupferstreifen bilden ein Rechteck mit einem quadratischen Querschnitt. Die beiden Öffnungen an den beiden Enden des Rechteckes werden durch Ventile und/oder Schieber geschlossen oder geöffnet. Das Volumen des Fluides, welches sich innerhalb des quadratischen Querschnitts befindet, kann von dem Volumen der Umgebung des Rechteckes abgetrennt werden, indem das Volumen in dem quadratischen Querschnitt, den die Kupferstreifen bilden, aufgrund der Befestigung der Kupferstreifen an der Trägerkonstruktion und den Folien innerhalb dieses Querschnittes eingeschlossen wird. Die Rückseite des linken Kupferstreifens und die Rückseite des rechten Kupferstreifens sind mit einer Stange bzw. mit einem Mechanismus zur Bewegung der Rückseite der Kupferstreifen verbunden. Die Stange oder der Mechanismus, mit der die Rückseite des linken und des rechten Kupferstreifen verbunden ist, hält diese Kupferstreifen bzw. die beiden Seitenwände in der jeweiligen Position. Die Kupferstreifen werden nicht durch die Folien gehalten. Die beiden seitlichen Kupferstreifen können in die Mitte des quadratischen Querschnittes geschoben werden, den die vier Kupferstreifen vor der Verschiebung gebildet haben. Bei dieser Verschiebung in die Mitte spannt die Folie an den Kanten des linken Kupferstreifens und des rechten Kupferstreifen. Die Folie des linken Kupferstreifen reicht von den Kanten der Rückseite des linken Kupferstreifen zu der linken Seite der Trägerkonstruktion, und die Folie des rechten Kupferstreifen reicht von den Kanten der Rückseite des rechten Kupferstreifen zu der rechten Seite der Trägerkonstruktion. Das Volumen des quadratischen Querschnittes wird bei der Verschiebung der seitlichen Kupferstreifen in die Mitte verkleinert. Gleichzeitig wird das Volumen vergrößert, welches sich außerhalb des quadratischen Querschnittes befindet, weil der linke und der rechten Kupferstreifen in die Mitte geschoben werden. Wenn die beiden seitlichen Kupferstreifen wieder in die Ausgangsposition geschoben werden, vergrößert sich das Volumen innerhalb der Kupferstreifen bei der Verschiebung der Kupferstreifen nach außen. Gleichzeitig wird das Volumen verkleinert, welches sich außerhalb des quadratischen Querschnittes befindet, weil der linke und der rechten Kupferstreifen nach außen geschoben werden. Jeweils vier Kupferstreifen formen ein Rechteck mit einem quadratischen Querschnitt. Mehrere dieser Rechtecke sind nebeneinander und übereinander angeordnet. Wenn die Seitenwände, die linken und rechten Kupferstreifen, in die Mitte dieser Rechtecke mit dem quadratischen Querschnitt geschoben werden, verkleinert sich das Volumen innerhalb des quadratischen Querschnittes der Rechtecke und das Volumen vergrößert sich, welches sich zwischen den einzelnen Rechtecken mit dem quadratischen Querschnitt befindet, die nebeneinander angeordnet sind. Bei einer Verschiebung der Seitenwände in die Mitte dieser Rechtecke mit dem quadratischen Querschnitt, wird ein Teil des Arbeitsfluides 8a aus diesen Rechtecken verdrängt. Das verdrängte Arbeitsfluid 8a strömt in den Bereich des Zylinders 5a, in den das Arbeitsfluid 8a bei einer vorherigen Verschiebung des Verdrängers 16a geschoben wurde. Zeitgleich strömt das Arbeitsfluides 8a aus diesem Bereich des Zylinders 5a, in die Räume zwischen den Rechtecken, die sich vergrößern. Das Arbeitsfluid 8a, welches in die Räume zwischen den Rechtecken strömt, weist das gleiche Volumen auf wie das Arbeitsfluid 8a, welches aus den Rechtecken verdrängt wird. Die quadratischen Querschnitte dieser Rechtecke, die zu dem Bereich des Zylinders 5a weisen, in die das Arbeitsfluid 8a geschoben wird, sind geöffnet. Die gegenüberliegende Seite des Wärmespeichers, an der die quadratischen Querschnitte zu dem Bereich des Zylinders 5a weisen, aus denen das Arbeitsfluid 8a verdrängt wurde sind geschlossen. Die Öffnung und Schließung der beiden Seiten des Wärmespeichers kann mit Ventilen oder Schiebern erfolgen. Im Anschluss an eine Verschiebung der Seitenwände, die vorher mit den unteren und oberen Kupferstreifen einen quadratischen Querschnitt gebildet haben, werden alle Öffnungen des Wärmespeichers geschlossen. Danach kann eine weitere Temperieung des Arbeitsfluides 8a innerhalb des Zylinders 5a erfolgen, falls dies erforderlich ist. Vor einer Verschiebung des Verdrängers 16a in die entgegengesetzte Richtung werden die Ventile oder Schieber des Wärmespeichers wieder geöffnet, die zu dem Bereich des Zylinders 5a weisen, in den das Arbeitsfluid 8a geschoben wurde. Die Seitenwände der Rechtecke werden von der Mitte nach außen geschoben. Dabei wird das Arbeitsfluid 8a, welches sich zwischen den Rechtecken befindet, verdrängt. Zeitgleich strömt das Arbeitsfluid 8a, welches sich in dem Bereich des Zylinders 5a befindet, in den das Arbeitsfluid 8a geschoben wurde, in die quadratischen Querschnitte dieser Rechtecke. Im Anschluss an diese Verschiebung werden alle Ventile oder Schieber des Wärmespeichers geöffnet und der Verdränger 16a wird verschoben. Nach der Verschiebung des Verdrängers 16a sind die quadratischen Querschnitte dieser Rechtecke, die zu dem Bereich des Zylinders 5a weisen, in die das Arbeitsfluid 8a geschoben wird, geöffnet. Die gegenüberliegende Seite des Wärmespeichers, an der die quadratischen Querschnitte zu dem Bereich des Zylinders 5a weisen, aus denen das Arbeitsfluid 8a verdrängt wurde werden geschlossen. Der Vorgang beginnt erneut. Der Nachteil dieser Verdrängung mit der Verwendung des Arbeitsfluid 8a besteht darin, dass das Volumen des Arbeitsfluides 8a, welches in die Räume zwischen den Rechtecken strömt, die vorher einen quadratischen Querschnitt gebildet haben, für einen weitere Temperierung nicht mehr zur Verfügung steht. Diese Volumen des Arbeitsfluides 8a verbleibt in den Zwischenräumen und steht für eine Temperierung in dem Bereich des Zylinders 5a, in den der überwiegende Anteil des restlichen Volumens des Arbeitsfluides 8a geschoben wurde, nicht zur Verfügung. Aus diesem Grund müssen die Öffnungen des Wärmespeichers nach der Verdrängung des Arbeitsfluides 8a geschlossen werden, wenn das Arbeitsfluid 8a in dem Bereich des Zylinders 5a, in den das Arbeitsfluid 8a geschoben wurde, weiter temperiert wird, wenn diese Temperierung einen entsprechenden Umfang aufweist. An der Stelle von Folien oder vergleichbarer Materialien können auch Dichtungen verwendet werden. Bei dem Einsatz von Dichtungen entstehen Reibungen. Der Aufbau, die Anordnung und die Formen der Materialien sowie der Ablauf der darstellten Verdrängungen mit einem Fluid für den Druckausgleich oder mit dem Arbeitsfluid 8a können verändert werden, um eine Anpassung an andere Vorrichtungen oder Prozessabläufe zu ermöglichen.
An der Stelle von Kupferstreifen können Kupferrohre für eine Speicherung der Wärme des Arbeitsfluides 8a eingesetzt werden. Auch bei dem Einsatz von Kupferrohren besteht die Möglichkeit, dass an den Öffnungen an beiden Seiten der Durchlässe des Verdränger 16a mit den Kupferrohren Ventile und/oder Schieber angeordnet werden. Diese Ventile und/oder Schieber werden geschlossen, wenn das Volumen des Arbeitsfluides 8a, welches sich innerhalb der Durchlässe in den Kupferrohren des Verdrängers 16a befindet, von dem Volumen des Arbeitsfluides 8a in dem übrigen Fluidraum des Zylinders 5a abgetrennt wird.
Innerhalb der Durchlässe des Verdrängers 16a können zudem Wärmespeicher eingesetzt werden, in denen sich mehrere Schichten mit Kupferdraht oder einem vergleichbaren Material befinden, die durch Keramikplatten voneinander getrennt sind, wenn das Fluid 8a des Zylinders 5a kein Phasenwechsel zwischen einem gasförmigen und einen flüssigen Zustand aufweist, und wenn der Einsatz von Verdrängern innerhalb der Wärmespeicher nicht erforderlich ist. Die Keramikplatten weisen Öffnungen auf, damit das Arbeitsfluid 8a durch die verschiedenen Schichten aus Kupferdraht strömen kann. An den Öffnungen an beiden Seiten der Durchlässe des Verdränger 16a mit den Wärmespeichern werden Ventile und/oder Schieber angeordnet. Die Ventile und/oder Schieber werden genutzt, wenn das Volumen des Arbeitsfluides 8a, welches sich innerhalb der Durchlässe in den Wärmespeichern des Verdrängers 16a befindet, eingeschlossen wird, damit es von dem Volumen des Arbeitsfluides 8a in dem übrigen Fluidraum des Zylinders 5a abgetrennt wird. Vor den Wärmespeichern befinden sich Vorrichtungen zum Sieben des durchgeleiteten Fluides.
Außerdem können Wärmespeicher eingesetzt werden, in denen ein flüssiges Fluid zirkuliert. Die Wärmetauscher dieser Wärmespeicher können innerhalb der Durchlässe des Verdrängers 16a angeordnet werden. Das Druckniveau des Fluides, welches im Gegenstromverfahren durch die Wärmetauscher geleitet wird, kann an das Druckniveau des Arbeitsfluides 8a permanent angepasst werden, um einen Aufbau der Wärmetauscher zu ermöglichen, der eine möglichst große Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die Geschwindigkeit der Verschiebung des Verdrängers 16a entspricht der Geschwindigkeit des Wärmeaustausch. Die Wärme des Arbeitsfluides 8a wird in dem Fluid des Wärmetauschers gespeichert. Aus diesem Grund kann das erforderliche Volumen innerhalb des Verdrängers 16a, welches für den Wärmeaustausch benötigt wird, verkleinert werden, in Abhängigkeit von dem Zeitraum, der für eine Wärmeübertragung des Fluides 8a zur Verfügung steht. Die Öffnungen an den beiden Seiten der Durchlässe des Verdrängers 16a mit den Wärmetauschern können ebenfalls Ventile und/oder Schieber aufweisen. Das Arbeitsfluid 8a wird durch eine Verschiebung des Verdrängers 16a in einen bestimmten Bereich des Zylinders 5a geschoben. Es besteht die Möglichkeit, dass nach dieser Verschiebung des Arbeitsfluides 8a keine weitere Temperierung des Arbeitsfluides 8a, welches durch den Verdränger 16a mit den Wärmespeichern geleitet wurde, erfolgt, weil ein weiterer Wärmeaustausch über die Begrenzungen bzw. die Wärmetauscherflächen des jeweiligen Bereiches des Zylinders 5a, in den das Arbeitsfluid 8a geschoben wurde, nicht vorgesehen ist. Aus diesem Grund ist eine Abtrennung des verbliebenen Volumens des Arbeitsfluides 8a, welches sich in den Durchlässen des Verdrängers 16a befindet, von dem übrigen Volumen des Arbeitsfluides 8a des Zylinders 5a nach der Verschiebung des Verdrängers 16a nicht notwendig. Der Einsatz der Ventile und/oder der Schieber an den beiden Enden der Durchlässe des Verdrängers 16a erfolgt unter anderem in Abhängigkeit von dem Umfang der weiteren Temperierung des Arbeitsfluides 8a. Die Ventile und/oder Schieber an den beiden Seiten der Durchlässe des Verdrängers 16a können vor einer Verschiebung für eine bestimmte Anzahl von Durchlässen verschlossen werden. Durch den Einsatz dieser Ventile und/oder Schieber kann das Volumen reduziert werden, welches für die Verschiebung des Arbeitsfluides 8a und/oder für einen Wärmeaustausch innerhalb des Verdrängers 16a benötigt wird, wenn dies aufgrund der Umsetzung des jeweiligen Prozesszieles erforderlich ist. Außerdem kann die Geschwindigkeit der Verschiebung des Verdrängers 16a angepasst werden.
Die 6 stellt eine 4 dar, in der ein Verdränger 16a genutzt wird, der den Fluidraum mit dem Arbeitsfluid 8a in zwei Bereiche unterteilt. Weitere Merkmale, Möglichkeiten und Abläufe der 6 werden mit den vorstehenden Fig. beschrieben. Die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung werden nach einem Wärmeaustausch über die Wärmetauscherflächen der 6 aus der Vorrichtung abgeführt. Die abgeleiteten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung werden in verschiedene Bereiche oder Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung eingeteilt, die sich aufgrund eines anderen durchschnittlichen Temperaturniveaus voneinander unterscheiden. Die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung, die aus der 6 abgeführt werden, werden entsprechend ihrem durchschnittlichen Temperaturniveau in eine andere Vorrichtung, zum Beispiel in eine weitere 6 geleitet, damit das Temperaturniveau der abgeführten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung genutzt werden kann. Zusätzlich oder an der Stelle einer Weiterleitung der abgeführten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung in eine weitere Vorrichtung, zum Beispiel in eine weitere 6, zur Nutzung des Temperaturniveaus der abgeleiteten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung können die Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung in einer wärmeisolierten Leitung zwischengespeichert werden, bevor sie in eine Vorrichtung zur Nutzung des Temperaturniveaus eingeleitet werden. Aus diesem Grund besteht die Möglichkeit, dass die Weiterleitung und/oder die Zwischenspeicherung der Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung unter anderem einen bestimmten Teil eines Wärmespeichers bzw. eines Regenerators ersetzen, der innerhalb des Zylinders 5a genutzt wird, falls der Einsatz eines Wärmespeichers vorgesehen ist. Umgekehrt besteht die Möglichkeit, das der Einsatz eines Wärmespeichers innerhalb des Zylinders 5a die Weiterleitung und/oder die Zwischenspeicherung der Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung teilweise ersetzt. Mit der 6 können verschiedene Möglichkeiten oder eine Kombination dieser Möglichkeiten genutzt werden. Die abgeleiteten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung können für eine Weiterleitung und/oder für eine Zwischenspeicherung verwendet werden, sofern das durchschnittliche Temperaturniveau, welches diese Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung aufweisen, für eine weitere Nutzung in einer anderen oder der gleichen Vorrichtung ausreichend ist. Eine Nutzung kann zum Beispiel erfolgen, weil die Temperaturniveaudifferenz zwischen dem durchschnittlichen Temperaturniveau des jeweiligen Stromes des Fluides zur Wärmeübertragung und dem durchschnittlichen Temperaturniveaus eines anderen Stromes des Fluides zur Wärmeübertragung eine ausreichende Höhe aufweist. In Abhängigkeit von dem Umfang, mit dem Wärmespeicher bzw. Regeneratoren für eine Wärmespeicherung innerhalb des Zylinders 5 eingesetzt werden, sowie der jeweiligen Prozessführung ist eine Weiterleitung und/oder eine Zwischenspeicherung der abgeleiteten Ströme des Fluides zur Wärmeübertragung vorgesehen.
Es ist bekannt, das Kolbenmaschinen, die mit einem eingeschlossenen Fluid arbeiten, zum Teil separate Leitungen aufweisen, die von einem Kolbenraum abführen. In diesen Leitungen wird das Temperaturniveau des Arbeitsfluides zusätzlich erhöht oder verringert. Ferner weisen bestimmte Kolbenmaschinen einen Aufbau auf, bei denen sich ein verhältnismäßig hoher Anteil des Arbeitsfluides in einer Vorrichtung für die Speicherung der Wärme befindet. Dieser Anteil des Arbeitsfluides kann für eine vollständige Temperierung nicht verschoben werden. Außerdem ist der interne Wärmeübergang zwischen einem Fluid zur Wärmeübertragung und dem Arbeitsfluid, welches in der Kolbenmaschine eingeschlossen ist, bei einigen Kolbenmaschinen eingeschränkt. Die 4, 5, 6 und/oder die Varianten und/oder die Kombination der Fig. mit anderen Vorrichtungen ermöglichen, dass das Volumen des Arbeitsfluides, welches nicht für eine vollständige Temperierung zur Verfügung steht, auf ein Minimum beschränkt wird. Außerdem wird der interne Wärmeübergang verbessert. Zudem können die Prozessabläufe an die jeweiligen Prozessziele angepasst werden. Für die Umsetzung dieser Möglichkeiten werden unter anderem Strömungshilfen 2a und/oder Isolationshilfen und/oder Fluidräume 11a für ein Fluid zur Wärmeübertragung, welches mit einem angepassten Temperaturniveau und gegebenenfalls mit einem angepassten Druckniveau an Wärmetauscherflächen geführt wird, und/oder Verdränger 16a mit abtrennbaren Durchlässen und/oder weitere Verdränger innerhalb des Verdrängers 16a und/oder abtrennbare Wärmespeicher mit oder ohne weitere Verdränger und/oder abtrennbare Wärmetauscher mit oder ohne weitere Verdränger eingesetzt. Aus den oben genannten Gründen ist eine Nutzung der Fig. und/oder der Bestandteile dieser Fig. vorteilhaft.
Aufgrund der Beschreibungen der oben angeführten Fig., Verfahren und Vorrichtungen sowie deren Bestandteile und Möglichkeiten, die unter anderem in der Tabelle 3 zusammengefasst sind, können Verfahren und Vorrichtungen berechnet und/oder umgesetzt werden, die eine Nutzung der zur Verfügung stehenden Temperaturniveaudifferenzen und/oder der Wärmemengen bzw. der thermischen Energie und/oder die Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen ermöglichen, die weitgehend an das jeweilige Prozessziel angepasst sind. Für diese Annäherung an das jeweilige Prozessziel, die mit der Nutzung der zur Verfügung stehenden Temperaturniveaudifferenzen und/oder der Wärmemengen bzw. der thermischen Energie und/oder der Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen verbunden ist, können außerdem Kombinationen und/oder Varianten dieser Möglichkeiten berechnet und/oder umgesetzt werden, bei denen zudem weitere Verfahren und Vorrichtungen berücksichtigt werden können, falls dies erforderlich ist. Ein Prozessziel könnte zum Beispiel sein, dass die zur Verfügung stehenden Temperaturniveaudifferenzen oder die Wärmemengen bzw. die thermischen Energie, die zur Verfügung steht, möglichst weitgehend in Arbeit bzw. in eine höherwertige Energieform umgesetzt wird. Dieses Prozessziel, eine möglichst weitgehende Umsetzung in Arbeit bzw. in eine höherwertige Energieform, daher, die effiziente Nutzung von thermischer Energie, kann mit Berechnungen und/oder mit Umsetzungen auf der Grundlage der Beschreibungen der oben angeführten Fig., Verfahren und Vorrichtungen sowie deren Bestandteile und Möglichkeiten, die unter anderem in der Tabelle 3 zusammengefasst sind, verwirklicht werden. Die Beschreibungen der oben angeführten Fig., Verfahren und Vorrichtungen sowie deren Bestandteile und Möglichkeiten, die unter anderem in der Tabelle 3 zusammengefasst sind, ermöglichen die Berechnungen und/oder die Umsetzungen, die für eine effiziente Nutzung erforderlich sind.
Mit der Hilfe der oben angeführten Verfahren und Vorrichtungen ist die Temperierung von gasförmigen Fluiden, zum Beispiel von Stickstoff, Luft und Wasserstoff möglich. In einem Kältespeicher können die Fluide nach einer Temperierung in einem flüssigen und/oder festen Zustand vorliegen. Die Speicherung von Stickstoff, der in diesem Zustand vorliegt, kann mit der Speicherung von füssigem Wasserstoff kombiniert werden. Der Stickstoff, der aus einem Kältespeicher abgeleitet wurde, wird in einer Vorrichtung zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen eingeführt, in der das höhere Temperaturniveau aus dem Temperaturniveau der Umgebung der Vorrichtung und/oder aus dem erhöhten Temperaturniveau eines Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung besteht. Der Wasserstoff kann in diese Vorrichtung und/oder in eine Maschine zur Verbrennung eingeleitet werden. Wenn der Wasserstoff verbrannt wird, wird die entstehende Wärme für die bereits erwärmten Volumen des Stickstoffes oder der Luft genutzt. Die Luft kann verflüssigt werden. Es besteht die Möglichkeit, dass bei diesem Vorgang der Sauerstoff von den anderen Bestandteilen der Luft abgetrennt wird. Der abgetrennte Sauerstoff kann für Verbrennungsvorgänge mit Wasserstoff, Methanol oder anderen Brennstoffen genutzt werden. Die Verbrennung kann aus diesem Grund schadstoffärmer und effektiver erfolgen. Ferner besteht die Möglichkeit, dass der erzeugte Sauerstoff in Brennstoffzellen genutzt wird. Aus diesem Grund erweitern sich die Einsatzmöglichkeiten von Brennstoffzellen. Das niedrige Temperaturniveau der Fluide, die aufgrund der Abtrennung des Sauerstoffes temperiert wurden, kann in einer Vorrichtung zur Nutzung von Temperaturniveaudifferenzen verwendet werden, in der das höhere Temperaturniveau aus dem Temperaturniveau der Umgebung und/oder aus dem erhöhten Temperaturniveau eines Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung besteht.
Wenn ein niedrigeres Temperaturniveau für die Erzeugung einer höherwertigen Energieform verwendet wird, kann dies unter anderem in Kraftwerken genutzt werden, um diese mit einem geringeren Wartungsaufwand sicherer zu betreiben. Sonnenkollektoren liefern Wärme. Diese kann in Wärmespeichern gelagert werden, in denen sich zum Beispiel Wasser oder ein Wasser-, Eisgemisch befindet. Eine Nutzung der Wärme, die aus den Wärmespeichern abgeleitet wird, kann mit den beschriebenen Möglichkeiten der oben angeführten Fig. erfolgen. Die Energie aus regenerativen Quellen kann in Kälte- und/oder Wärmespeichern zwischengespeichert werden. Die Erde erwärmt sich vor allem aufgrund des Klimawandels. Eine gezielte und umfangreiche Umsetzung kann den Klimawandel verlangsamen.
Es folgt eine allgemeine Einschätzung der Anwendungsmöglichkeiten. Die beschriebenen Fig., Verfahren und Vorrichtungen sowie deren Bestandteile und Möglichkeiten können eingesetzt werden, um thermische Energie zu nutzen und/oder um Temperaturniveaudifferenzen zu erzeugen. Der Einsatz kann unter anderem in Bereichen erfolgen, in denen Motoren, Kraftwerke, Sonnenkollektoren, Kühl- und Klimatisierungsvorrichtungen verwendet werden.
Die Möglichkeiten für ein nachhaltiges und umweltfreundliches Wirtschaftwachstum sind unter anderem von den politischen Rahmenbedingungen, der Bevölkerungsentwicklung und dem jeweiligen Standort abhängig. In Abhängigkeit von dem Umfang mit der Innovationen umgesetzt werden, können weitere Innovationen eingesetzt werden, die die Möglichkeiten für ein nachhaltiges Wirtschaftswachstum verbessern.
Die 1 sowie weitere Beschreibungen wurden am 07.08.2013 dem Referenten für Technologie und Innovation der Industrie- und Handelskammer (IHK) erläutert. Der Referent der IHK hat die Beratung der SIGNO-Experten empfohlen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) und der Projektträger Jülich (PtJ) gehen davon aus, dass sich die SIGNO-Partner klare Qualitätsstandards für ihre Leistungen auferlegen. Die SIGNO-Partner verpflichten sich zur ständigen Weiterentwicklung ihrer Kenntnisse und Fähigkeiten. Auch in den Bereichen Patentrecherche und Patentbewertung arbeiten die SIGNO-Partner nach speziell hierfür entwickelten SIGNO-Standards, welche die Qualität der Arbeit vorbildhaft sichern und den Adressaten Transparenz und Verwendbarkeit gewährleisten. Aus diesem Grund ist eine Beratung von dem Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert worden. Den SIGNO-Experten liegt unter anderem die 1 sowie eine Zusammenfassung vor. Eine Begutachtung der Innovationen erfolgte am 27.08.2013. Im Rahmen einer Übersichtsrechere wurden durch die SIGNO-Experten folgende Schriften ermittelt: DE 10 2007 062 580 A1 , DE 10 2005 054 155 A1 , DE 60 2004 008 461 T2 , DE 28 06 843 A1 , DE 600 17 824 T2 . Den ermittelten Schriften sowie den Äußerungen der oben angeführten Experten ist meiner Meinung nach zu entnehmen, dass die dargestellten Innovationen in dieser Bedeutung nicht bekannt bzw. neu sind. Ferner geht nach meiner Meinung aus den Äußerungen der angeführten IHK- und SIGNO-Experten hervor, dass diesen keine konkreten und/oder keine konstrutiven Einwände für eine erfolgreiche Umsetzung bekannt sind. Bis heute, den 22. September 2013, haben die Experten diesen Eindruck meiner Meinung nach nicht korrigiert und nicht konkret auf eine Person hingewiesen, die Einwände gegen eine erfolgreiche Umsetzung der Innovationen vorbringen könnte. Die Experten sind zur Verschwiegenheit verpflichten und die Informationen zu den Innovationen wurden nicht weitergegeben. Die Innovationen können daher nicht bekannt sein.
Bezugszeichenliste

1, 1 Prinzip des Verfahrens, 2 niedrigstes Temperaturniveau, z. B. Temperaturniveau der Verdampfungswärme des Fluides für den Phasenwechsel, aufgenommene Wärmemengen für die Verdampfung, 3 höheres Temperaturniveau, z. B. Temperaturniveau der Kondensationswärme des Fluides für den Phasenwechsel, abgeführte Wärme aufgrund der Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel und der Erhöhung des Druckniveaus etc., 4 erhöhtes Temperaturniveau oder Temperaturniveau der Umgebung, höchstes Temperaturniveau, 5 Aufwand für die Schaffung der Temperaturniveaudifferenzen, ggf. größer als der Wirkungsgrad nach Carnot bzw. als die Carnot'sche Leistungszahl, Differenz zwischen dem Temperaturniveau der aufgenommenen und der abgegebenen Wärme, 6 Temperaturniveaudifferenz, Erzeugung von Arbeit durch Nutzung der Temperaturniveaudifferenz mit weniger als dem Carnot-Wirkungsgrad, Differenz zwischen dem Temperaturniveau der aufgenommenen und der abgegebenen Wärme, 7 zweite Temperaturniveaudifferenz, Erzeugung von Arbeit durch Nutzung der Temperaturniveaudifferenz mit weniger als dem Carnot-Wirkungsgrad, Differenz zwischen einem niedrigeren Temperaturniveau eines Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung aufgrund des Wärmeentzugs und einem höheren Temperaturniveau eines anderen Volumens des Fluides zur Wärmeübertragung aufgrund eines erhöhten Temperaturniveaus oder des Temperaturniveaus der Umgebung,
2, 8 Vorrichtung, 9 wärmeisolierte Wand bzw. Begrenzung, 10 wärmeisolierte Wand der inneren Kammer, 11 Wärmetauscherflächen der inneren Kammer, 12 wärmeisolierte Wand/Begrenzung der weiteren Kammer, in der die Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen angeordnet ist, 13 Wärmetauscherflächen der weiteren (inneren) Kammer, die den oberen Bereich der weiteren Kammer von dem unteren Bereich der weiteren Kammer abtrennen, oder die oberen oder die unteren Wärmetauscherflächen der Vorrichtung zur Schaffung von Temperaturniveaudifferenzen, 14 Fluid zur Wärmeübertragung, das an das Temperaturniveaus zur Verdampfung des Fluides für den Phasenwechsel angepasst ist, 15 Fluid zur Wärmeübertragung, das an das Temperaturniveau zur Kondensation des Fluides für den Phasenwechsel angepasst ist, 16 Strömungsrichtung des Fluides zur Wärmeübertragung, Eintritt, 17 Strömungsrichtung des Fluides zur Wärmeübertragung, Austritt, 18 Vorrichtung für die Regulierung der Geschwindigkeit und des Volumens des zugeführten Fluides zur Wärmeübertragung, 19 mögliche Position der Vorrichtung für die Nutzung der Temperaturniveaudifferenzen innerhalb des wärmeisolierten Fluidraums, 20 Behälter mit der Kühlflüssigkeit oder Vorrichtung zur Temperierung, 21 Leitung für die Zuleitung des Fluides zur Temperierung, 22 Leitung für die Abführung des Fluides zur Temperierung,
3, 23 Vorrichtung, 24 Leitungen oder Fluidräume mit dem Fluid für den Phasenwechsel, 25 wärmeisolierter Zylinder für die isobare Expansion und für die adiabatische Kompression des Fluides für den Phasenwechsel mit wärmeisolierten Ventilen und/oder Schiebern, 26 Kolbenstange des Kolbens für die isobare Expansion und die adiabatische Kompression des Fluides für den Phasenwechsel, 27 Zylinder für die weitere Kompression mit einer Vorrichtung für die Temperierung des Fluides und mit wärmeisolierten Ventilen und/oder Schiebern, 28 Kolbenstange des Kolbens, der innerhalb des Zylinders mit einer Vorrichtung für die Temperierung des Fluides angeordnet ist, 29 mögliche Bewegungsrichtungen der Kolbenstangen, 30 Strömungsrichtung des Fluides für den Phasenwechsel, 31 mögliche Strömungsrichtung des Fluides zur Wärmeübertragung, 32 Kreisläufe des Fluides zur Wärmeübertragung, 33 äußere Wärmetauscherflächen eines Kreislaufes oder äußere Begrenzung eines Kreislaufes mit Öffnungen für die Zuleitung und Ableitung des Fluides zur Wärmeübertragung, 34 Zylinder für die adiabatische Expansion des Fluides für den Phasenwechsel mit wärmeisolierten Ventilen und/oder Schiebern, 35 Kolbenstange des Kolbens für die adiabatische Expansion,
4, 1a Vorrichtung, 2a Strömungshilfe/Verdränger, die Form kann variieren, 3a Kolben oder Plungerkolben oder gekoppelte Kolbenhälften mit oder ohne Isolationskörper, verkürzte Darstellung, 4a Kolbenstange, 5a Wand des Fluidraums für das Arbeitsfluid, Wand des inneren Zylinders, 6a wärmeisolierte und stabilisierende Außenwand, Wand des äußeren Zylinders, verkürzte Darstellung der Zylinder, 7a Leitungen für die Zuleitung oder Ableitung des Arbeitsfluides, Position optional, 8a Arbeitsfluid, Position des Arbeitsfluides, 9a Eintritt des Fluides zur Wärmeübertragung, 10a Austritt des Fluides zur Wärmeübertragung, 11a Fluidraum für das Fluid zur Wärmeübertragung, 12a Stange für die Bewegung der Verdränger des Fluidraums für das Fluid zur Wärmeübertragung,
5, 1b Vorrichtung, 2a Strömungshilfe, die Form der Strömungshilfe kann unterschiedlich sein, 3a -, 4a -, 5a Wand des Fluidraums für das Arbeitsfluid, Wand des inneren Zylinders, verkürzte Darstellung der Zylinder, 6a wärmeisolierte und stabilisierende Außenwand, bewegliche Wand des äußeren Zylinders, 7a -, 8a Arbeitsfluid, Position des Arbeitsfluides, 9a Eintritt des Fluides zur Wärmeübertragung, 10a Austritt des Fluides zur Wärmeübertragung, 11a Fluidraum für das Fluid zur Wärmeübertragung, 12a -, 13a Seitenwand des beweglichen äußeren Zylinders, 14a feststehende Wand mit Auslässen für das Fluid zur Wärmeübertragung, 15a Kolben mit Isolationskörper, verkürzte Darstellung,
6, 1c Vorrichtung, 2a Strömungshilfe, die Form kann variieren, 3a Kolben oder Plungerkolben oder gekoppelte Kolbenhälften mit oder ohne Isolationskörper, verkürzte Darstellung, 4a Kolbenstange, 5a Wand des Fluidraums für das Arbeitsfluid, Wand des inneren Zylinders, verkürzte Darstellung der Zylinder, 6a wärmeisolierte und stabilisierende Außenwand, Wand des äußeren Zylinders, 7a -, 8a Arbeitsfluid, Position des Arbeitsfluides, 9a Eintritt des Fluides für die Wärmeübertragung, 10a Austritt des Fluides für die Wärmeübertragung, 11a Fluidraum für das Fluid zur Wärmeübertragung, 12a Stange für die Bewegung der Verdränger des Fluidraums für das Fluid zur Wärmeübertragung, 13a Seitenwand des äußeren Zylinders, 14a -, 15a -, 16a Verdränger mit Isolationskörper und mit Durchlässen für das Arbeitsfluid in denen Wärmespeicher bzw. Regeneratoren angeordnet werden können, verkürzte Darstellung.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007062580 A1 [0002, 0084, 0157]
DE 102005054155 A1 [0002, 0084, 0157]
DE 602004008461 T2 [0002, 0084, 0157]
DE 60017824 T2 [0002, 0084, 0157]
DE 2806843 A1 [0002, 0084, 0157]

Claims

Verfahren zur Nutzung von thermischer Energie, wobei in einem wärmeisolierten Raum (8) eine Temperaturniveaudifferenz (6) erzeugt wird, und wobei ein Austausch von Wärmemengen zwischen diesem wärmeisolierten Raum (8) und der Umgebung des wärmeisolierten Raums (8) erfolgt, und wobei die Nutzung einer Temperaturniveaudifferenz (7) umgesetzt wird, die zwischen einem niedrigeren Temperaturniveau besteht, welches aufgrund der Wärmemengen, die zwischen diesem wärmeisolierten Raum (8) und der Umgebung des wärmeisolierten Raums (8) ausgetauscht werden, vorhanden ist, und einem höheren Temperaturniveau (4), welches außerhalb des wärmeisolierten Raums (8) vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Temperaturniveaudifferenz (6) genutzt wird, die in dem wärmeisolierten Raum (8) vorliegt.
Verfahren zur Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen, wobei in einem wärmeisolierten Raum (8) eine Temperaturniveaudifferenz (6) erzeugt wird, und wobei ein Austausch von Wärmemengen zwischen diesem wärmeisolierten Raum (8) und der Umgebung des wärmeisolierten Raums (8) erfolgt, und wobei eine Temperaturniveaudifferenz (7) erzeugt wird, die zwischen einem niedrigeren Temperaturniveau besteht, welches aufgrund der Wärmemengen, die zwischen diesem wärmeisolierten Raum (8) und der Umgebung des wärmeisolierten Raums (8) ausgetauscht werden, vorhanden ist, und einem höheren Temperaturniveau (4), welches außerhalb des wärmeisolierten Raums (8) vorliegt.
Vorrichtung zur Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen, wobei in einem wärmeisolierten Raum (8) mindestens eine Vorrichtung (23) für die Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen (30) angeordnet ist, und wobei an dem wärmeisolierten Raum (8) mindestens eine Vorrichtung angeordnet ist, die die Zufuhr von Wärmemengen ermöglicht, und wobei innerhalb des wärmeisolierten Raums (8) mindestens eine Vorrichtung angeordnet ist, die die Zufuhr und Abgabe von Wärmemengen zwischen unterschiedlichen Bereichen, die sich innerhalb des wärmeisolierten Raums (8) befinden, ermöglicht.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der innerhalb des wärmeisolierten Raumes (8) mindestens eine Vorrichtung (19) zur Nutzung der Temperaturniveaudifferenzen angeordnet ist.
Verfahren zur Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen aufgrund der Schaffung von Verdampfungswärmemengen, wobei in einem wärmeisolierten Raum (8) aufgrund von hervorgerufenen Zustandsänderungen eines Fluides (30) überwiegend Verdampfungswärmemengen erzeugt werden.
Vorrichtung zur Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen aufgrund der überwiegenden Schaffung von Verdampfungswärmemengen, wobei in einem wärmeisolierten Raum (8) mindestens eine Vorrichtung (23) für die Erzeugung von Zustandsänderungen eines Fluides (30) angeordnet ist, und wobei an dem wärmeisolierten Raum (8) mindestens eine Vorrichtung angeordnet ist, die die Zufuhr von Wärmemengen ermöglicht, und wobei innerhalb des wärmeisolierten Raums (8) mindestens eine Vorrichtung angeordnet ist, die die Zufuhr und Abgabe von Wärmemengen zwischen unterschiedlichen Bereichen, die sich innerhalb des wärmeisolierten Raums (8) befinden, ermöglicht.
Verfahren zur Temperierung des Fluides (8a) eines Kolbenraums (5a), bei dem ein Verdränger (2a) eingesetzt wird, der innerhalb eines Kolbenraums (5a) hin- und hergeschoben wird, und der das Fluid (8a) des Kolbenraums (5a), welches durch den Verdränger (2a) verschoben wird, zur Temperierung an den Begrenzungen des Kolbenraums (5a) vorbeiführt, wobei der Verdränger (2a) mit unterschiedlichen Streckenlängen innerhalb des Kolbenraums (5a) hin- und hergeschoben wird, und wobei der Verdränger (2a) innerhalb des Zeitraumes, der für eine vollständige Verschiebung eines Kolbens (3a, 15a) des Kolbenraums (5a) in eine der beiden möglichen Bewegungsrichtungen benötigt wird, mindestens zwei Mal in eine der beiden möglichen Bewegungsrichtungen verschoben wird, und/oder wobei der Verdränger (2a) zwischen zwei vollständigen Verschiebungen eines Kolbens (3a, 15a) des Kolbenraums (5a) in eine der beiden möglichen Bewegungsrichtung mindestens zwei Mal in eine der beiden möglichen Bewegungsrichtungen verschoben wird.
Verwendung von einem oder mehrerer Verfahren und/oder von einer Vorrichtung oder mehreren Vorrichtungen nach den vorhergehenden Ansprüchen in einer Anlage zur Speicherung von Energie, bei der die Energie in einem wärmeisolierten Raum gespeichert wird.
Verfahren zur Erzeugung einer höherwertigen Energieform aufgrund der Nutzung von thermischer Energie, wobei in einem wärmeisolierten Raum (8) mindestens eine Temperaturniveaudifferenz (6) erzeugt wird, und wobei diese Temperaturniveaudifferenz (6) für die Schaffung von mindestens einer weiteren Temperaturniveaudifferenz (7) genutzt wird, und wobei mindestens eine Temperaturniveaudifferenz (7) für die Erzeugung von Arbeit genutzt wird.
Verfahren zur Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen, wobei in einem wärmeisolierten Raum (8) mindestens eine Temperaturniveaudifferenz (6) erzeugt wird, und wobei diese Temperaturniveaudifferenz (6) für die Schaffung von mindestens einer weiteren Temperaturniveaudifferenzen (7) genutzt wird.
Maschinenprogramm zur Konfiguration oder Anpassung oder Prozessführung oder Steuerung eines oder mehrerer Verfahren oder einer oder mehrerer Vorrichtungen nach den vorhergehenden Ansprüchen.