DE19827474C2 - Wärmemaschinenvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmemaschinenvorrichtung mit einer Wärmepumpe mit einem Kreislaufsystem eines Arbeitsgases mit einer Wärmeabgabeeinrichtung, einer Wärmeaufnahmeeinrichtung sowie einer Einrichtung zur Aufnahme von Umweltwärme, einem Kompressor und einem Dekompressor, wobei die Heizeinrichtung einer Wärmekraftmaschine mit der Wärmeabgabeeinrichtung der Wärmepumpe wärmeleitend verbunden ist und eine Kühleinrichtung der Wärmekraftmaschine mit der Wärmeaufnahmeeinrichtung der Wärmepumpe wärmeleitend verbunden ist.

Wärmemaschinenvorrichtungen der eingangs genannten Art, wie sie beispielsweise aus der DE 196 32 019 C1 bekannt sind, enthalten ein geschlossenes Kreislaufsystem für ein Arbeitsgas, wobei das Arbeitsgas vor dem Durchlaufen einer Wärmeaufnahmeeinrichtung dekomprimiert wird, wodurch es sich abkühlt und dadurch besonders viel Wärme aufzunehmen in die Lage versetzt ist, und anschließend vor dem Durchlaufen einer Wärmeabgabeeinrichtung komprimiert wird, somit eine adiabatische Temperaturerhöhung erfährt und dadurch besonders viel Wärme in der Wärmeabgabeeinrichtung abzugeben in die Lage versetzt ist. Nach Durchlaufen der Wärmeabgabeeinrichtung wird das Arbeitsgas mittels einer Dekomprimierungseinrichtung wiederum dekomprimiert, erfährt dadurch eine adiabatische Temperaturabnahme und der obige Zyklus wird erneut durchlaufen.

Wärmepumpen sind somit Vorrichtungen, mit denen ein bei einer niedrigen ersten Temperatur vorliegender Wärmeinhalt eines großvolumigen ersten Mediums in ein zweites, geringvolumiges Medium überführbar ist, dessen Temperatur bei diesem Vorgang gegenüber der Temperatur des ersten Mediums entsprechend dem Ausmaß des Wärmeinhalts des ersten Mediums stark erhöhbar ist. Ist der Wärmeinhalt des ersten Medium nahezu unbegrenzt, so ist dementsprechend die Temperaturerhöhung des zweiten Mediums zumindest theoretisch ebenfalls nahezu unbegrenzt.

Die Wärmeaufnahmeeinrichtung einer Wärmepumpe ist in der Regel ein Wärmetauscher, dessen externer Kreislauf einem in der Natur ambienten Medium ausgesetzt ist, das beispielsweise in einem in einem See versenkten Rohrsystem zirkuliert. Die Wärmeabgabeeinrichtung ist dabei in der Regel ein Wärmetauscher, dessen externes Kreislaufsystem beispielsweise mit thermischen Stromerzeugungseinrichtungen oder Gasturbinen verbunden ist. Nachteilig bei derartigen Wärmemaschinenvorrichtungen ist der Umstand, daß ihre Leistungsabgabe beschränkt ist.

Die erfindungsgemäße Wärmemaschinenvorrichtung enthält eine Wärmekraftmaschine, wie sie in DE 198 14 742.2 beschrieben ist, wobei der Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung durch Verweis in die vorliegende Anmeldung aufgenommen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wärmemaschinenvorrichtung zu schaffen, mit der gegenüber dem Stand der Technik höhere Leistungen erzielbar sind, und mit der insbesondere direkt mechanische Energie gewinnbar ist.

Für eine Maschinenvorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kompressor und der Dekompressor als Arbeitskammern zweier miteinander gekoppelter Zylinder einer Kreiskolbenpumpe ausgebildet sind und die Wärmekraftmaschine als mindestens ein Zylinder eines Kreiskolbenwärmemotors ausgebildet ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung wird durch das Merkmal, daß die Heizeinrichtung einer Wärmekraftmaschine mit der Wärmeabgabeeinrichtung der Wärmepumpe wärmeleitend verbunden ist und eine Kühleinrichtung der Wärmekraftmaschine mit der Wärmeaufnahmeeinrichtung der Wärmepumpe wärmeleitend verbunden ist, erreicht, daß insgesamt eine Vorrichtung geschaffen ist, bei der zur Energiegewinnung nicht nur die an einer Wärmeabgabeeinrichtung vorliegende, gegenüber der Umwelttemperatur positive Wärmeenergie nutzbar ist, sondern der insgesamte Temperaturunterschied nutzbar ist, der vorherrscht zwischen der Wärmeabgabeeinrichtung einerseits und dem Rohrsystem hinter dem Dekompressor andererseits, also an einer Stelle, an der das Arbeitsgas eine adiabatische Temperaturerniedrigung erfahren hat und somit besonders kühl ist. Die Kühleinrichtung der erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung ist in diesem Fall unabhängig von den durch unterschiedliche Wettereinflüsse und jahreszeitliche Änderungen bedingten Temperaturänderungen, da ihr sekundäres Kreislaufsystem nicht mit der ambienten Umwelt, sondern lediglich mit der Kühleinrichtung der Wärmekraftmaschine verbunden ist.

Weiterhin wird bei der erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung durch das Merkmal, daß der Kompressor und der Dekompressor als Arbeitskammern zweier miteinander gekoppelter Zylinder einer Kreiskolbenpumpe ausgebildet sind und die Wärmekraftmaschine als mindestens ein Zylinder eines Kreiskolbenwärmemotors ausgebildet ist, zum einen erreicht, daß eine Vorrichtung geschaffen ist, bei der zum einen die Arbeitsvorgänge des Komprimierens und des Dekomprimierens über die Kreiskolbenpumpe in ihrem zeitlichen Verlauf sehr genau steuerbar sind und darüber hinaus diejenige Energie, die beim Dekomprimieren des Arbeitsgases frei wird, unmittelbar zum Komprimieren von Arbeitsgas zur Verfügung steht. Zum anderen wird bei der erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine erreicht, daß eine besonders effiziente Nutzung der in dem Kreislaufsystem der erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung erzeugten Wärmedifferenz ermöglicht ist, da der Wirkungsgrad eines Kreiskolbenwärmemotors sowohl mit der Wärmeabgabe an seine Heizeinrichtung als auch von der Wärmeabgabe von seiner Kühleinrichtung abhängig ist.

Bei einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung, bei der die Wärmeaufnahmeeinrichtung der Wärmepumpe über ein entsprechendes externes Kreislaufsystem mit der ambienten Umwelt verbunden ist, und bei der die Wärmeabgabeeinrichtung der Wärmepumpe über ein entsprechendes externes Kreislaufsystem wärmeleitend mit weiteren Energiegewinnungseinrichtungen verbunden ist, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Heizeinrichtung einer Wärmekraftmaschine in dem Kreislaufsystem stromabwärts der Wärmeabgabeeinrichtung der Wärmepumpe wärmeleitend verbunden ist und eine Kühleinrichtung der Wärmekraftmaschine in dem Kreislaufsystem stromabwärts der Wärmeaufnahmeeinrichtung der Wärmepumpe wärmeleitend verbunden ist. Dadurch wird wie im Fall der ersten Alternative der erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung erreicht, daß der im Vergleich zur Wärmeabgabeeinrichtung der Wärmepumpe bezüglich der Umgebungstemperatur erhöhte Temperaturunterschied zwischen einem Punkt im Kreislaufsystem stromabwärts der Wärmeabgabeeinrichtung einerseits und stromabwärts der Wärmeaufnahmeeinrichtung andererseits durch die Wärmekraftmaschine der erfindungsgemäßen Wärmemaschinen­ vorrichtung nutzbar ist. Die Wärmekraftmaschine der erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung ist insofern wärmeleitend in ein Kreislaufsystem eingebunden, in dem die Wärmeaufnahmeeinrichtung mehrstufig ausgeführt ist und/oder die Wärmeabgabeeinrichtung mehrstufig ausgeführt ist.

Ist gemäß der zweiten Alternative der erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung die Wärmeaufnahmeeinrichtung mehrstufig ausgeführt, so ist eine Heizeinrichtung einer Wärmekraftmaschine mit der Wärmeabgabeeinrichtung der Wärmepumpe wärmeleitend verbunden und eine Kühleinrichtung der Wärmekraftmaschine in dem Kreislaufsystem stromabwärts der Wärmeaufnahmeeinrichtung der Wärmepumpe wärmeleitend verbunden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung enthält die Wärmeaufnahmeeinrichtung in diesem Fall neben einer Umweltwärmeaufnahmeeinrichtung eine zweite Wärme­ aufnahmestufe, die ihre Wärme aus der Kühleinrichtung der Wärmekraftmaschine bezieht. Auf diese Weise wird die Kühleinrichtung der Wärmekraftmaschine besonders effektiv gekühlt.

Zusätzlich zur Umweltwärmeaufnahmeeinrichtung und einer zweiten Wärmeaufnahmestufe ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Wärmemaschinenvorrichtung eine dritte Wärmeaufnahmestufe vorgesehen, die ihre Wärme aus dem Hochdruckbereich der Wärmepumpe stromabwärts der Wärmeabgabeeinrichtung bezieht. Dadurch wird eine besonders effektive Aufnahme von Wärme in die insgesamte Wärmeaufnahmeeinrichtung bewirkt.

Bei der zweiten Alternative der erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung kann auch die Wärmeabgabeeinrichtung mehrstufig ausgeführt sein, wobei eine Heizeinrichtung einer Wärmekraftmaschine in dem Kreislaufsystem stromabwärts der Wärmeabgabeeinrichtung der Wärmepumpe wärmeleitend verbunden ist und eine Kühleinrichtung der Wärmekraftmaschine mit der Wärmeaufnahmeeinrichtung der Wärmepumpe wärmeleitend verbunden ist. Die Wärmedifferenz zwischen der Heizeinrichtung und der Kühleinrichtung einer Wärmekraftmaschine wird allein schon durch diese Maßnahme gegenüber herkömmlichen Wärmekraftmaschinen wesentlich gesteigert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung ist die Wärmeabgabeeinrichtung neben einer Umweltwärme­ abgabeeinrichtung, die auch zum Erwärmen von Nutzwasser verwendbar ist, eine zweite Wärmeabgabestufe vorgesehen, die ihre Wärme an die Heizeinrichtung der Wärmekraftmaschine abgibt. Auf diese Weise wird die Heizeinrichtung der Wärmekraftmaschine besonders effektiv mit Wärmeenergie versehen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dieser erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung ist zusätzlich zur Umweltwärmeabgabeeinrichtung und der zweiten Wärmeabgabestufe eine dritte Wärmeabgabestufe vorgesehen, die ihre Wärme an den Niederdruckbereich der Wärmepumpe stromabwärts der Wärmeaufnahmeeinrichtung abgibt. Auf diese Weise wird die Wärmepumpe effektiv beheizt.

Gemäß wichtiger Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtungen gemäß erster oder zweiter Alternative ist ein Hochdruckbereich der Wärmepumpe stromaufwärts der Wärmeabgabeeinrichtung mit dem Niederdruckbereich der Wärmepumpe stromaufwärts der Wärmeaufnahmeeinrichtung wärmeleitend verbunden. Dadurch wird die Temperatur in der Wärmeabgabeeinrichtung gegenüber denjenigen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung erhöht, bei denen diese Maßnahme nicht verwirklicht ist.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung sind der Kompressor und der Dekompressor als Arbeitskammern zweier miteinander gekoppelter Zylinder einer Kreiskolbenpumpe ausgebildet. Dadurch wird erreicht, daß die Arbeitsvorgänge des Komprimierens und des Dekomprimierens über die Kreiskolbenpumpe in ihrem zeitlichen Verlauf sehr genau steuerbar sind. Des weiteren wird dadurch erreicht, daß diejenige Energie, die beim Dekomprimieren des Arbeitsgases frei wird, unmittelbar zum Komprimieren von Arbeitsgas zur Verfügung steht.

Gemäß einer anderen wichtigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung ist die Wärmekraftmaschine als mindestens ein Zylinder eines Kreiskolbenwärmemotors ausgebildet. Dadurch ist eine besonders effiziente Nutzung der in dem Kreislaufsystem der erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung erzeugten Wärmedifferenz ermöglicht, da der Wirkungsgrad eines Kreiskolbenwärmemotors sowohl mit der Wärmeabgabe an seine Heizeinrichtung als auch von der Wärmeabgabe von seiner Kühleinrichtung abhängig ist. Die Wärmekraftmaschine ist dabei insbesondere als Doppelzylinder eines Kreiskolbenmotors ausgebildet. Eine Ausführungsform mit Doppelzylinder ist technisch besonders leicht ausführbar und hat sich in der Praxis bewährt.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung sind die Zylinder des Kompressors und die Zylinder des Kreiskolbenwärmemotors über Getriebeeinrichtungen miteinander gekoppelt. Dadurch wird ein zeitkorrekter Ablauf aller Zustandsänderungen des Arbeitsgases in der erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung auf einfache Weise sichergestellt. Darüberhinaus wird dadurch erreicht, daß durch den Dekompressor dem Hochdruckbereich der erfindungsgemäßen Wärmemaschine ein für einen optimalen Betrieb derselben korrektes Gasvolumen entnommen wird, auf optimale Weise entspannt wird und anschließend dem Niederdruckbereich unter einem optimalen Druck zugeführt wird. Das gleiche gilt in entsprechender Weise für den Kompressor.

Die Abwärme des Kreiskolbenwärmemotors ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform mittels der Wärmepumpe adiabatisch erhöhbar und anschließend der Wärmemaschinenvorrichtung zuführbar.

Die erfindungsgemäße Wärmemaschine ist gemäß bevorzugter Ausführungsformen als Kühlvorrichtung, als Heizvorrichtung und/oder alternativ als Motor zur Erzeugung mechanischer Energie verwendbar.

Die erfindungsgemäße Wärmemaschine wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigen:

Fig. 1 eine erste, einfache Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung in einer schematischen Darstellung;

Fig. 2 eine zweite, komplexere Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung in einer schematischen Darstellung;

Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Kreiskolbenwärmemotorvorrichtung zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Wärmemaschinen­ vorrichtung mit einer Heizeinrichtung und einer Kühleinrichtung zur Verwendung im Zusammenhang mit einer erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Kreiskolbenpumpe, deren einer Zylinder als Kompressor und deren anderer Zylinder als Dekompressor für den Wärmepumpenteil einer erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung wirkt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Wärmemaschinenvorrichtung 50 ist ein Arbeitsgas 52 in einem Rohrsystem 51 vorgesehen, wobei es sich in einem durch Pfeile angedeuteten Kreislauf zwischen einer Umweltwärme aufnehmenden Erhitzereinrichtung 63, einer Wärmeaufnahmeeinrichtung 54, einem Kompressor 55, einer Wärmeabgabeeinrichtung 56 und einem Dekompressor 53 befindet. Die Wärmeaufnahmeeinrichtung 54 ist dabei mit einer Kühleinrichtung 200 einer weiter unten im Detail beschriebenen erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine wärmeleitend verbunden und die Wärmeabgabeeinrichtung 56 ist dabei mit der Heizeinrichtung 300 der gleichen Wärmekraftmaschine wärmeleitend verbunden.

Bei der in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvorrichtung 60 bedeuten gleiche Bezugszahlen gleiche Bauteile wie bei der in Fig. 1 dargestellten Wärmemaschinenvorrichtung 50, wobei die Bauteile der in Fig. 2 dargestellten Wärmemaschinenvorrichtung 60 in Funktion und Wirkung identisch mit der in Fig. 1 dargestellten Wärmemaschinenvorrichtung 60 sind. Zusätzlich zu der in Fig. 1 dargestellten Wärmemaschinenvorrichtung 60 weist die in Fig. 2 dargestellte Wärmemaschinenvorrichtung 60 in ihrem Kreislaufsystem im Rohrsystem 51 stromabwärts der Wärmeaufnahmeeinrichtung 54 eine Restwärmenutzungseinrichtung 74 auf, stromabwärts der Wärmeabgabeeinrichtung 56 eine Restwärmenutzungseinrichtung 66, sowie eine Heizwärmeabführungseinrichtung 76, und stromabwärts des Dekompressors 53 eine Umweltwärme beziehende Erhitzereinrichtung 63. Aufgrund der zusätzlichen Bauteile 74, 66, 76 ist eine gezielte sukzessive Temperaturerhöhung bzw. Temperaturerniedrigung zwischen den unterschiedlichen Bauteilen ermöglicht, wie dies durch die in Kelvin angegebenen Temperaturen zwischen diesen Bauteilen in Fig. 2 dargestellt ist. Ebenso wie im Wärmepumpenteil 50 der in Fig. 1 dargestellten Wärmemaschinenvorrichtung ist der Wärmepumpenteil 60 der in Fig. 2 dargestellten Wärmemaschinenvorrichtung in einen mit A gekennzeichneten Hochdruckbereich und einen mit B gekennzeichneten Niederdruckbereich aufgeteilt. Als Besonderheit ist bei dem Wärmepumpenteil 60 der Hochdruckbereich stromaufwärts der Wärmeabgabeeinrichtung 56 wärmeleitend mit dem Niederdruckbereich stromaufwärts der Wärmeaufnahmeeinrichtung 54 wärmeleitend verbunden, um die Temperatur stromaufwärts der Wärmeabgabeeinrichtung zu erhöhen.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Kreiskolben-Wärmekraftmaschine zur Verwendung in Zusammenhang mit Wärmepumpenkreisläufen gemäß Fig. 1 oder Fig. 2.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Kreiskolben- Wärmekraftmaschine 100 sind zwei Kolben 1, 2 in einem Zylinder 3 drehbar gelagert, wobei die Symmetrieachsen 4, 5 des Kolbens 1, des Kolbens 2 und des Zylinders 3 kollinear ausgerichtet sind. Die Achse 6 des einen Kolbens 1 ist dabei als Vollstange 6 ausgebildet, und die Achse 7 des anderen Kolbens 2 ist dabei als Hohlstange ausgebildet, deren lichter Durchmesser so bemessen ist, daß die Vollstange 6 drehbar in der Hohlstange 7 gelagert ist. Die Kolben 1, 2 weisen jeweils Grenzflächen 10, 20 auf, wobei zwischen benachbarten Teilen sich gegenüberstehender Grenzflächen 10, 20 jeweils gleiche Abstände vorgegeben sind. Zwischen den jeweiligen Grenzflächen 10, 20 ist eine Mehrzahl wirksamer Hubräume 8, 9, 11, 12 ausgebildet, die nach außen durch den Zylinder 3, und an den Enden durch die Abdeckplatten 30 und 31 begrenzt sind.

Desweiteren sind bei dieser erfindungsgemäßen Kreiskolben- Wärmekraftmaschine 100 zwei Kolben 1', 2' in einem Zylinder 3' drehbar gelagert, wobei die Symmetrieachsen 4', 5' des Kolbens 1', des Kolbens 2' und des Zylinders 3' kollinear ausgerichtet sind. Die Achse 6' des einen Kolbens 1' ist dabei als Vollstange 6' ausgebildet, und die Achse 7' des anderen Kolbens 2' ist dabei als Hohlstange ausgebildet, deren lichter Durchmesser so bemessen ist, daß die Vollstange 6' drehbar in der Hohlstange 7' gelagert ist. Die Kolben 1', 2' weisen jeweils Grenzflächen 10', 20' auf, wobei zwischen benachbarten Teilen sich gegenüberstehender Grenzflächen 10', 20' jeweils gleiche Abstände vorgegeben sind. Zwischen den jeweiligen Grenzflächen 10', 20' ist eine Mehrzahl wirksamer Hubräume 8', 9', 11', 12' ausgebildet, die nach außen durch den Zylinder 3', und an den Enden durch die Abdeckplatten 30 und 31' begrenzt sind.

Die beiden Zylinder dieser erfindungsgemäßen Motorvorrichtung weisen unterschiedlich dimensionierte und unterschiedlich angeordnete Zylinderwandabschnitte zwischen den respektiven Einlaß- und Auslaßöffnungen auf. Bei einem ersten Zylinder des erfindungsgemäßen Motors ist zwischen einem ersten Einlaßschlitz eines Einlaßschlitzpaares und einem ersten benachbarten Auslaßschlitz eines Auslaßschlitzpaares eine Zylinderwand vorgesehen, die nur wenige Winkelgrad umspannt, und zwischen demselben Einlaßschlitz des Einlaßschlitzpaares und einem anderen Auslaßschlitz des Auslaßschlitzpaares eine Zylinderwand vorgesehen, die ca. 60 Winkelgrad umspannt.

Bei einem zweiten Zylinder der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmekraftmaschine 100 ist zwischen einem ersten Einlaßschlitz eines Einlaßschlitzpaares und einem ersten benachbarten Auslaßschlitz eines Auslaßschlitzpaares eine Zylinderwand vorgesehen, die nur ca. 30 Winkelgrad umspannt, und zwischen demselben Einlaßschlitz des Einlaßschlitzpaares und einem anderen Auslaßschlitz des Auslaßschlitzpaares eine Zylinderwand vorgesehen, die auch ca. 30 Winkelgrad umspannt.

Die Asymmetrie zwischen den Ein- und Auslaßöffnungen des ersten Zylinders und des zweiten Zylinders bewirken einen zeitkorrekten Transport des Arbeitsgases von einem Zylinder zum anderen derart, daß der Motor eine Arbeitsleistung zu liefern in der Lage ist.

Eine in der Fig. 3 dargestellte Einrichtung 110 bewirkt bei der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmekraftmaschine 100, daß der Schwingbewegung der Kolben 1 und 2, sowie der Kolben 1' und 2', eine Kreisbewegung überlagert wird.

Die Einrichtung 110 weist sechs ovale Zahnräder 101, 102, 103, 104, 101' und 104' auf, deren Hauptachsen 111, 112, 113, 114, 111' und 114' jeweils paarweise senkrecht aufeinanderstehend angeordnet sind. Bei der Einrichtung 110 ist die Achse 7 des anderen Kolbens 2 mit einem ersten ovalen Zahnrad 101 verbunden, und die Achse 6 des einen Kolbens 1 mit einem zweiten ovalen Zahnrad 104 verbunden, wobei diese ovalen Zahnräder 101, 104 kollinear hintereinander angeordnet sind und die Hauptachsen 111, 114 dieser ovalen Zahnräder 101, 104 senkrecht aufeinanderstehend angeordnet sind. Das erste ovale Zahnrad 101 und das zweite ovale Zahnrad 104 sind dabei über ein drittes ovales Zahnrad 102 und ein viertes ovales Zahnrad 103 miteinander verbunden, wobei die Zahnräder 102 und 103 kollinear hintereinander auf einer Achse 105 angeordnet sind, wobei die jeweiligen Hauptachsen 112, 113 der Zahnräder 102, 103 senkrecht aufeinanderstehend angeordnet sind.

Desweiteren ist bei der Einrichtung 110 die Achse 7' des anderen Kolbens 2' mit einem ersten ovalen Zahnrad 101' verbunden, und die Achse 6' des einen Kolbens 1' mit einem zweiten ovalen Zahnrad 104' verbunden, wobei diese ovalen Zahnräder 101', 104' kollinear hintereinander angeordnet sind und die Hauptachsen 111', 114' dieser ovalen Zahnräder 101', 104' senkrecht aufeinanderstehend angeordnet sind. Das erste ovale Zahnrad 101' und das zweite ovale Zahnrad 104' sind dabei über ein drittes ovales Zahnrad 102 und ein viertes ovales Zahnrad 103 miteinander verbunden, wobei die Zahnräder 102 und 103 kollinear hintereinander auf einer Achse 105 angeordnet sind, wobei die jeweiligen Hauptachsen 112, 113 der Zahnräder 102, 103 senkrecht aufeinanderstehend angeordnet sind. Mit einer solchen Anordnung werden die Zahnräder 102 und 103 von beiden Einheiten (Zylinder 3, und 3') betrieben.

Die ovalen Zahnräder 101 bis 104 sowie 101' und 104' weisen bezüglich der Länge ihrer Längsachsen zu der ihrer Querachsen ein Verhältnis von zirka 2/1 auf.

Bei Betrieb der erfindungsgemäßen Kreiskolben- Wärmekraftmaschine 100 bewirkt eine Expansion eines aufgeheizten Arbeitsgases beispielsweise in dem Arbeitsraum 8 des Zylinders 3 eine Bewegung der Kolben 1, 2 in Richtung voneinander fort. Das mit der Achse 7 des Kolbens 2 verbundene ovale Zahnrad 101 bewegt sich dabei in der Richtung desjenigen Pfeiles, der in der Fig. 2 auf seiner Oberfläche dargestellt ist. In der in Fig. 2 dargestellten Ausgangsposition bewirkt eine Drehung des Zahnrades 101 um eine kleine Winkelauslenkung eine relativ große Winkelauslenkung des auf der Achse 105 angeordneten Zahnrades 102. Das ebenfalls auf der Achse 105 angeordnete Zahnrad 103 überträgt diese Bewegung auf das mit der Achse 6 des Kolbens 1 verbundene Zahnrad 104.

Die unterschiedliche, sich wechselnde lokale Kraftübertragung der Zahnräder 101 rsp. 104 bewirkt dabei, daß sich der Schwingbewegung der Kolben 1, 2 eine Kreisbewegung überlagert. Die Arbeitswelle 105 rotiert mit der durchschnittlichen Drehzahl der beiden Kolben 1 und 2. An der Verlängerung der Arbeitswelle 105 ist die Rotationsenergie des Motors mit konstanter Winkelgeschwindigkeit abnehmbar. An der Verlängerung der Welle 6 ist die Rotationsenergie des Motors mit sich pro Umdrehung vier mal ändernder Winkelgeschwindigkeit abnehmbar, wie dies beispielsweise zum Betreiben von Kompressoren wünschenswert ist.

Die in Fig. 4 schematisch dargestellte Kreiskolbenpumpe enthält einen ersten Zylinder 70 und einen zweiten Zylinder 75. Der erste Zylinder 70 mit Ein- und Auslaßschlitzen 71, 71', 72 und 72' wirkt dabei als Kompressor 55 in dem Wärmepumpenteil einer erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvor­ richtung und der Zylinder 75 wirkt dabei als Dekompressor 53 mit Ein- und Auslaßschlitzen 61, 61', 62 und 62' in dem Wärmepumpenteil einer erfindungsgemäßen Wärmemaschinenvor­ richtung. Die Wirkweise dieser Kreiskolbenpumpe ist dabei identisch mit der Wirkungsweise der in Fig. 3 dargestellten Wärmekraftmaschine, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen sind.

Claims (14)

1. Wärmemaschinenvorrichtung mit einer Wärmepumpe mit einem Kreislaufsystem eines Arbeitsgases mit einer Wärmeabgabeeinrichtung, einer Wärmeaufnahmeeinrichtung sowie einer Einrichtung zur Aufnahme von Umweltwärme, einem Kompressor und einem Dekompressor, wobei die Heizeinrichtung einer Wärmekraftmaschine mit der Wärmeabgabeeinrichtung der Wärmepumpe wärmeleitend verbunden ist und eine Kühleinrichtung der Wärmekraftmaschine mit der Wärmeaufnahmeeinrichtung der Wärmepumpe wärmeleitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor und der Dekompressor als Arbeitskammern zweier miteinander gekoppelter Zylinder einer Kreiskolbenpumpe ausgebildet sind und die Wärmekraftmaschine als mindestens ein Zylinder eines Kreiskolbenwärmemotors ausgebildet ist.

2. Wärmemaschinenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaufnahmeeinrichtung mehrstufig ausgeführt ist und die Heizeinrichtung einer Wärmekraftmaschine mit der Wärmeabgabeeinrichtung der Wärmepumpe wärmeleitend verbunden ist und eine Kühleinrichtung der Wärmekraftmaschine in dem Kreislaufsystem stromabwärts der Wärmeaufnahmeeinrichtung der Wärmepumpe wärmeleitend verbunden ist.

3. Wärmemaschinenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaufnahme­ einrichtung neben einer Umweltwärmeaufnahmeeinrichtung eine zweite Wärmeaufnahmestufe enthält, die ihre Wärme aus der Kühleinrichtung der Wärmekraftmaschine bezieht.

4. Wärmemaschinenvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Umweltwärme­ aufnahmeeinrichtung der zweiten Wärmeaufnahmestufe eine dritte Wärmeaufnahmestufe vorgesehen ist, die ihre Wärme aus dem Hochdruckbereich der Wärmepumpe stromaufwärts der Wärmeabgabeeinrichtung bezieht.

5. Wärmemaschinenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabgabeeinrichtung mehrstufig ausgeführt ist und die Heizeinrichtung einer Wärmekraftmaschine in dem Kreislaufsystem stromabwärts der Wärmeabgabeeinrichtung der Wärmepumpe wärmeleitend verbunden ist und eine Kühleinrichtung der Wärmekraftmaschine mit der Wärmeaufnahmeeinrichtung der Wärmepumpe wärmeleitend verbunden ist.

6. Wärmemaschinenvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabgabeeinrichtung neben einer Umweltwärmeabgabeeinrichtung, die auch zum Erwärmen von Nutzwasser verwendbar ist, eine zweite Wärmeabgabestufe enthält, die ihre Wärme an die Heizeinrichtung der Wärmekraftmaschine abgibt.

7. Wärmemaschinenvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Umweltwärme­ abgabeeinrichtung und der zweiten Wärmeabgabestufe eine dritte Wärmeabgabestufe vorgesehen ist, die ihre Wärme an den Niederdruckbereich der Wärmepumpe stromaufwärts der Wärmeaufnahmeeinrichtung abgibt.

8. Wärmemaschinenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochdruckbereich der Wärmepumpe stromaufwärts der Wärmeabgabeeinrichtung mit dem Niederdruckbereich der Wärmepumpe stromaufwärts der Wärmeaufnahmeeinrichtung wärmeleitend verbunden ist, um die Temperatur in der Wärmeabgabeeinrichtung zu erhöhen.

9. Wärmemaschinenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor und der Dekompressor als Arbeitskammern zweier miteinander gekoppelter Zylinder einer Kreiskolbenpumpe ausgebildet sind.

10. Wärmemaschinenvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder des Kompressors und die Zylinder des Kreiskolbenwärmemotors über Getriebeeinrichtungen miteinander gekoppelt sind.

11. Wärmemaschinenvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärme des Kreiskolbenwärmemotors mittels der Wärmepumpe adiabatische erhöhbar ist und anschließend der Wärmemaschinenvorrichtung zuführbar ist.

12. Verwendung der Wärmemaschinenvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche als Kühlvorrichtung.

13. Verwendung der Wärmemaschinenvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche als Heizvorrichtung.

14. Verwendung der Wärmemaschinenvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche als Motor zur Erzeugung mechanischer Energie.