DE3545936A1 - Einrichtung zum nutzbarmachen von waermeenergie - Google Patents

Description

In der älteren deutschen Patentanmeldung P 35 36 710.5 ist eine als Wärmewandler arbeitende Einrichtung zum Nutzbarmachen von Wärmeenergie vorgeschlagen worden, die ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse aufweist, das drei auf verschiedenen Temperaturen liegende Räume enthält. Im Gehäuse sind zwei Verdränger-Regeneratoren angeordnet, die durch ein Getriebe alternierend oder phasenverschoben derart bewegt werden, daß mit zyklischer Wiederholung

• a) gasförmiges Arbeitsfluid, wie Helium, durch den ersten Verdränger aus dem mittleren Arbeitsraum, der sich auf einer Temperatur in einem vorgegebenen, mittleren Temperaturbereich befindet, in einen "heißen" Arbeitsraum übergeführt wird, der sich auf einer Temperatur in einem höheren Temperaturbereich als der erste befindet, wobei dem übergeführten Gas Wärmeenergie zugeführt wird,
• b) Arbeitsfluid durch den zweiten Verdränger-Regenerator aus dem mittleren Arbeitsraum in einen "kalten" Arbeitsraum übergeführt wird, der sich auf einer Temperatur in einem relativ niedrigen Temperaturbereich befindet, welcher tiefer liegt als der erste, wobei dem übergeführten Arbeitsfluid Wärmeenergie entzogen wird,
• c) Arbeitsfluid durch den ersten Verdränger-Regenerator aus dem heißen Arbeitsraum in den mittleren Arbeitsraum übergeführt wird, wobei dem übergeführten Arbeitsfluid Wärmeenergie entzogen wird,
• d) Arbeitsfluid durch den zweiten Verdränger aus dem kalten Arbeitsraum in den mittleren Arbeitsraum übergeführt wird, wobei dem übergeführten Arbeitsfluid Wärmeenergie zugeführt wird, und
• e) Arbeitsfluid durch den ersten und den zweiten Verdränger-Regenerator aus dem heißen in den kalten Arbeitsraum übergeführt und dem Arbeitsfluid dabei Wärmeenergie entzogen wird.

Nachteilig an dem vorgeschlagenen Wärmewandler ist das verhältnismäßig komplizierte Getriebe, das für die phasenverschobene hin- und hergehende Bewegung der Verdränger-Regeneratoren erforderlich ist. Außerdem können durch die auftretenden periodischen Beschleunigungskräfte unerwünschte Schwingungen und Geräusche entstehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung des oben angegebenen generellen Typs zu schaffen, der ohne hin- und herbewegliche Teile auskommt.

Die vorliegende Erfindung geht also von einem Wärmewandler aus, bei welchem in einem ersten Teil eines Arbeitszyklus ein Wärmeträgerfluid aus einem ersten Raum in einen zweiten Raum, in dem eine höhere Temperatur herrscht als im ersten, verdrängt wird und das Wärmeträgerfluid in einem zweiten Teil des Arbeitszyklus wieder vom zweiten Raum zurück in den ersten verdrängt wird, wobei dem Wärmeträgerfluid beim Übergang vom zweiten in den ersten Raum Wärmeenergie entzogen wird. Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind jeweils zwei auf der höheren Temperatur liegende erste Arbeitsräume und zwei auf der niedrigeren Temperatur liegende zweite Arbeitsräume vorgesehen, die durch entsprechende volumenveränderliche Arbeitsräume von miteinander gekoppelten, phasenverschoben arbeitenden Drehkolbenmaschineneinheiten gebildet werden. Die Arbeitsräume der Drehkolbenmaschineneinheiten sind durch Fluidleitungen jeweils derart miteinander verbunden, daß das Arbeitsfluid aus einem sich verkleinernden Arbeitsraum relativ hoher Temperatur einer ersten Drehkolbenmaschineneinheit durch eine erste Rohrleitung in einen sich vergrößernden Arbeitsraum relativ niedriger Temperatur einer zweiten Drehkolbenmaschineneinheit verdrängt wird und gleichzeitig Arbeitsfluid aus einem sich verkleinernden Arbeitsraum niedriger Temperatur durch eine zweite Fluidleitung in einen sich vergrößernden Arbeitsraum höherer Temperatur verdrängt wird und daß die beiden Fluidleitungen durch einen Wärmetauscher thermisch gekoppelt sind. Diese Einrichtung arbeitet im wesentlichen mit dem oben angegebenen zyklischen Prozeß.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung enthalten vier synchron arbeitende Drehkolbenmaschineneinheiten, von denen eine auf der hohen Temperatur und eine auf der relativ niedrigen Temperatur und zwei auf der mittleren Temperatur arbeiten. Mit der Erfindung lassen sich Einrichtungen realisieren, die als Wärmepumpe und/oder Wärmetransformator arbeiten und gegebenenfalls auch mechanische Arbeit liefern und/oder aufnehmen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, dabei werden noch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung zur Sprache kommen.

Es zeigen:

Fig. 1 bestehend aus Fig. 1A bis 1H schematische Darstellungen von acht Arbeitsphasen einer ersten Ausführungsform der Erfindung in Form eines Drehkolben-Wärmewandlers, welche mit vier mechanischen und thermisch gekoppelten thermodynamischen Gas-Kreisprozessen arbeitet;

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

Fig. 3 und 4 ein Druck-Zeit-Diagramm bzw. ein Volumen-Zeit-Diagramm, auf die bei der Erläuterung der Arbeitsweise des Wärmewandlers gemäß Fig. 1 Bezug genommen wird;

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

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

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

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Volumina, die die bei der Beschreibung der Fig. 7 erwähnten Arbeitsgasmassen (bl), (or), (ge), (ro), (br) bzw (gr) während eines Rotorumlaufes einnehmen,

Fig. 9 und 10 ein Druck- Volumen- (P-V-) Diagramm bzw. Temperatur- Entropie- (T-S-) Diagramm für den in der Einrichtung gemäß Fig. 7 ablaufenden thermodynamischen Prozeß.

Bei der Realisierung der Erfindung können irgendwelche bekannten Verdränger-Drehkolbenmaschinenkonstruktionen (worunter auch Drehschieber-Maschinen verstanden werden sollen) verwendet werden, wie sie in mannigfacher Form als Pumpen, Verdichter usw. im Gebrauch sind. Auf die mechanische Konstruktion wird daher nur so weit eingegangen, als es für die vorliegende Erfindung von Bedeutung ist. Erwähnt sei jedoch, daß in den Drehkolbenmaschineneinheiten, die in den Einrichtungen gemäß der Erfindung verwendet werden und die im Prinzip jeweils einen Teil der Funktion eines Verdrängers übernehmen, im allgemeinen keine nennenswerte mechanische Verdichtung des Arbeitsfluids und keine nennenswerte Expansion des Arbeitsfluids, die äußere Arbeit leistet, stattfindet.

Eine für die Realisierung der Erfindung gut geeignete Konstruktion einer Drehkolbenmaschine, die in Fig. 1 stark vereinfacht dargestellt ist, enthält ein Gehäuse mit einer zylindrischen Innenwand, die eine Rotorkammer bildet, in der ein Rotor mit zylindrischer Außenseite koaxial angeordnet ist, die mit der Gehäuseinnenwand einen Zwischenraum bildet. Der Zwischenraum hat im wesentlichen konstante radiale Abmessungen. Die Rotoren haben Schieber oder "Messer", welche z. B. jeweils aus einem leistenartigen Vorsprung der Rotoraußenseite bestehen können, welche mit dem Rotor verbunden ist, mit seiner Längsrichtung axial verläuft und sich radial zur Gehäuseinnenwand erstreckt, bezüglich der er durch Dichtleisten oder dergl. abgedichtet ist. Die erforderliche, bezüglich des Gehäuses stationäre Abdichtung zwischen Rotor und Gehäuse kann dann aus einem Abdichtschieber bestehen, der radial verschiebbar in der Gehäuseinnenwand gelagert ist, abdichtend an der zylindrischen Außenseite des Rotors anliegt und durch eine abgeschrägte Kante des leistenartigen Vorsprunges in eine im wesentlichen mit der Gehäuseinnenwand fluchtende Stellung gedrückt wird, wenn der leistenartige Vorsprung an dieser Abdichtung vorbeiläuft. Wie anhand von Fig. 6 noch erläutert wird, können jedoch auch Drehkolbenmaschinenkonstruktionen verwendet werden, die einen im Querschnitt nicht kreisförmigen Drehkolben enthalten.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Ausführungsform der Erfindung kann als Drehkolben-Wärmewandler bezeichnet werden und enthält vier Drehkolbenmaschineneinheiten (10), (12), (14) und (16). Die Einheit (10) arbeitet bei einer typischen Wärmepumpenbetriebsart der Einrichtung in einem relativ hohen Temperaturbereich (H), die Einheit (16) in einem relativ niedrigen Temperaturbereich (L) und die Einheiten (12) und (14) in einem zwischen diesen liegenden mittleren Temperaturbereich (M). Die Drehkolbenmaschineneinheiten können jeweils getrennte, im wesentlichen zylindrische Gehäuse enthalten, die außen mit Rippen und dergleichen und/oder innen mit Wärmetauscherkanälen versehen sein können, um eine große Wärmeübertragungsfläche zu bilden und einen guten Wärmeübergang mit einem entsprechenden äußeren Wärmeträgerfluid zu gewährleisten. Die Gehäuse enthalten jeweils eine Rotorkammer mit einem Rotor. Die Rotoren der Einheiten (10) bis (16) können auf einer gemeinsamen Welle sitzen oder auf andere Weise synchron angetrieben werden. Die Einheiten (10) und (16) sind thermisch möglichst weitgehend gegen die Einheiten (12) und (14) isoliert. Die Einheiten (12) und (14) können in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht werden, wenn sie auf der gleichen Temperatur arbeiten, die Arbeitsräume (Rotorkammern) der beiden Einheiten sind jedoch auch in diesem Fall getrennt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 hat jede Einheit einen Rotor mit zwei durch einen radialen Strich dargestellten diametral angeordneten Schiebern oder Messern (13) und eine durch einen schwarzen Keil angedeutete, an der Gehäuseinnenwand angebracht stationäre Abdichtung (11) zwischen Gehäuseinnenwand und Rotoraußenfläche.

Jede Drehkolbenmaschineneinheit hat drei Anschlüsse für entsprechende, ein gasförmiges Arbeitsfluid führende Kanäle oder Rohrleitungen und zwar einen Anschluß (10 a), (12 a), (14 a) bzw. (16 a), der sich diametral gegenüber der jeweiligen stationären Abdichtung befindet, ferner jeweils einen Anschluß (10 b), (12 b), (14 b) bzw. (16 b), der sich bei Drehung der Rotoren in Uhrzeigerrichtung unmittelbar vor der Abdichtung (13) befindet, und schließlich einen Anschluß (10 c), (12 c), (14 c) bzw. (16 c), der sich in Drehrichtung unmittelbar hinter der Abdichtung (13) befindet. Die Schieber oder Messer (11) der Rotoren sind bezüglich der der stationären Abdichtung (13) benachbarten Öffnungen, z. B. (10 b), (10 c) so bemessen, daß sie diese Öffnungen beim Überstreichen beide gleichzeitig verschließen.

Eine sich verzweigende Rohrleitung (18) verbindet die Anschlüsse (10 a), (14 b) und (16 c). Eine sich verzweigende Rohrleitung (20) verbindet die Anschlüsse (10 b), (12 c) und (16 a). Eine sich verzweigende Rohrleitung (22) verbindet die Anschlüsse (10 c), (12 b) und (14 a). Eine sich verzweigende Rohrleitung (24) verbindet die Anschlüsse (12 a), (14 c) und (16 b).

Der dem Anschluß (10 a) benachbarte Teil der Rohrleitung (18) und die von den jeweiligen Verzweigungen zu den Anschlüssen (10 b und 10 c) führenden Teile der Rohrleitungen (20 und 22) führen durch einen ersten Wärmetauscher (26). Der dem Anschluß (16 a) benachbarte Teilder Rohrleitung (20) und die von der Verzweigung zu den Anschlüssen (16 b) und (16 c) führenden Teile der Rohrleitungen (18) und (24) führen durch einen zweiten Wärmetauscher (28).

Alternativ können die den Anschlüssen (10 a) bzw. (16 a) benachbarten Teile der Leitungen (18) und (20) nicht durch die Wärmetauscher (26) bzw. (28) führen, sondern durch einen geeigneten Wärmetauscher (29) thermisch miteinander gekoppelt sein.

Vorzugsweise sind ferner, wie durch gestrichelte Rechtecke (30) bzw. (32) angedeutet ist, jeweils ein Wärmetauscher (30) bzw. (32) zwischen dem dem Anschluß (12 a) benachbarten Teil der Rohrleitung (24) und dem der Verzweigung benachbarten Teil der Rohrleitung (18) bzw. zwischen dem dem Anschluß (14 a) benachbarten Teil der Rohrleitung (22) und dem der Verzweigung benachbarten Teil der Rohrleitung (20) vorgesehen.

Die durch die Drehkolbenmaschineneinheiten gebildeten Arbeitsräume und die Rohrleitungen enthalten ein gasförmiges Arbeitsfluid, wie Helium. Bei einer typischen Betriebsweise der Einrichtung gemäß Fig. 1 als Wärmepumpe oder Kältemaschine werden die Rotoren der Einheiten synchron in Uhrzeigerrichtung angetrieben. Der Einheit (10) wird hochwertige Wärmeenergie hoher Temperatur (H) zugeführt, die Einheit (16) nimmt Wärmeenergie niedriger Temperatur (L) auf, während die Einheiten (12 und 14) Wärmeenergie mittlerer Temperatur (M) abgeben, die beim Betrieb als Wärmepumpe die Nutzwärme und beim Betrieb als Kältemaschine im allgemeinen Abwärme darstellt.

Der Wärmewandler gemäß Fig. 1 enthält vier gasmäßig getrennte Systeme, in denen vier gegeneinander phasenverschobene thermodynamische Gas- Kreisprozesse ablaufen. In den durch die jeweiligen Rohrleitungen (18), (20), (22) bzw. (24) verbundenen Arbeitsräume der verschiedenen Systeme herrscht jeweils im wesentlichen der gleiche, zeitveränderliche Druck. Von System zu System ist der Druck jedoch im allgemeinen verschieden. Im folgenden werden die Systeme jeweils der Einfachheit halber durch "(S)" mit Zusatz der betreffenden Leitungsnummer bezeichnet. In Fig. 1 sind die voneinander getrennten Arbeitsfluidmassen der verschiedenen Systeme durch unterschiedliche Schraffierungen dargestellt, und zwar

• - das Arbeitsfluid des der Rohrleitung (18) zugeordneten Systems (S 18) durch senkrechte Schraffur ("rot");
  - das Arbeisfluid des der Rohrleitung (20) zugeordneten Systems (S 20) durch rechts-schräge Schraffur ("grün");
  - das Arbeitsfluid des der Rohrleitung (22) zugeordneten Systems (S 22) durch waagerechte Schraffur ("blau") und
  - das Arbeitsfluid des der Rohrleitung (24) zugeordneten Systems (S 24) durch unterbrochene Kreuzschraffur ("gelb").

In der in Fig. 1A dargestellten Phase befinden sich die Arbeitsfluide der verschiedenen Systeme jeweils im wesentlichen in nur zwei Einheiten (das in den Leitungen befindliche Arbeitsfluid wird im folgenden vernachlässigt):

• - (S 18) in den Einheiten (10) und (14);
  - (S 20) in den Einheiten (10) und (16);
  - (S 22) in den Einheiten (12) und (14);
  - (S 24) in den Einheiten (12) und (16).

Bei einem Wärmewandler, wie er in der oben erwähnten älteren Patentanmeldung vorgeschlagen worden ist, würde der Zustand der Systeme den in Fig. 2 dargestellten Stellungen der durch ein schräges Kreuz versinnbildlichten Verdränger-Regeneratoren entsprechen und zwar

• - (S 18) der Stellung I;
  - (S 20) der Stellung II;
  - (S 22) der Stellung IV und
  - (S 24) der Stellung III.

Fig. 1B zeigt den Zustand der Systeme, wenn sich die Rotoren um etwa 45° in Uhrzeigerrichtung gedreht haben. Ein Teil der Arbeitsvolumina bleibt während der ersten 180°C der Umdrehung unverändert, und zwar

• - der Arbeitsraum von (S 18) in der Einheit (10);
  - der Arbeitsraum von (S 20) in der Einheit (16);
  - der Arbeitsraum von (S 22) in der Einheit (14) und
  - der Arbeitsraum von (S 24) in der Einheit (12).

In der Einheit (10) wird der vom Arbeitsfluid des "grünen" Systems (S 20) eingenommene Arbeitsraum sukzessive kleiner, so daß das Arbeitsfluid durch den Anschluß (10 b), durch den Wärmetauscher (26) und den Anschluß (12 c) in die Einheit (12) strömt, wo angrenzend an den Anschluß (12 c) ein sich entsprechender vergrößernder Arbeitsraum gebildet wird. Gleichzeitig wird aus der Einheit (12) Arbeitsfluid des "blauen" Systems (S 22) durch den Anschluß (12 b), den Wärmetauscher (26) und den Anschluß (10 c) in die Einheit (10) verdrängt, in der angrenzend an den Anschluß (10 c) ein sich entsprechend vergrößernder Arbeitsraum gebildet wird. Das aus der Einheit (10) in die Einheit (12) verdrängte Arbeitsfluid des Systems (S 20) gibt dabei im Wärmetauscher (26) Wärme an das von der Einheit (12) in die Einheit (10) verdrängte Arbeitsfluid des Systems (22) ab.

In entsprechender Weise wird Arbeitsfluid des "roten" Systems (S 18) aus der Einheit (14) durch den Wärmetauscher (28) in die Einheit (16) verdrängt, während gleichzeitig Arbeitsfluid des "gelben" Systems (24) aus der Einheit (16) durch den Wärmetauscher (28) in die Einheit (14) verdrängt wird, so daß auch hier ein entsprechender Wärmetausch im Wärmetauscher (28) stattfinden kann.

Da sich die Temperatur des jeweils verdrängten Arbeitsfluids ändert, ändert sich auch der Druck in dem betreffenden System und es wird dementsprechend auch etwas Arbeitsfluid durch die betreffende Leitung in die Einheit hinein oder aus dieser herausströmen, in der sich das Volumen des Arbeitsraumes des betreffenden Systems nicht ändert.

Der weitere Verlauf des Arbeitszyklus dürfte aufgrund der vorstehenden Erklärung bei Betrachtung der Fig. 1C bis 1H ohne weiteres verständlich sein. Am Schluß ist wieder der Zustand gemäß Fig. 1A erreicht.

Fig. 3 zeigt die Druckänderungen, die in den einzelnen Systemen stattfinden, wenn man für die Temperaturen der Einheiten (10), (12) + (14) und (16) praktische Werte annimmt. Der Druck im System (S 18), dessen Verlauf durch die dick ausgezogene Kurve mit einem Pfeil dargestellt ist, sinkt zwischen (t ₀) und (t ₁) entsprechend dem Übergang von Fig. 1A nach Fig. 1C dadurch ab, daß Arbeitsfluid mittlerer Temperatur (M) aus der auf mittlerer Temperatur (M) arbeitenden Einheit (14) in die Einheit (16) verdrängt wird, in der eine relativ tiefe Temperatur (L) herrscht. Zwischen (t ₁) und (t ₂) sinkt der Druck verhältnismäßig stark ab, da beim Übergang von Fig. 1C nach Fig. 1E das Arbeitsfluid aus der Einheit (10), die bei der relativ hohen Temperatur (H) arbeitet, in die auf mittlere Temperatur (M) liegende Einheit (12) verdrängt wird, wobei eine größere Temperaturänderung stattfindet, als beim Übergang zwischen (14) und (16). Die Temperaturänderungen zwischen (t ₂) und (t ₃) sowie zwischen (t ₃) und (t ₄) entsprechen den Arbeitsphasen zwischen Fig. 1E und 1G bzw. zwischen Fig. 1G und Fig. 1A. Der Druckverlauf in den anderen Systemen ist durch die mit zwei, drei bzw. vier Pfeilen und der Systembezeichnung versehenen Kurven dargestellt.

In Fig. 4 sind analog zu Fig. 3 die Änderungen der durch die Einheiten (10) bis (16) gebildeten Arbeitsvolumina für die Systeme (S 18) bis (S 24) dargestellt. Man sieht, daß die Summe der von den vier Einheiten (10) bis (16) gebildeten Arbeitsvolumina für jedes System zeitlich konstant ist.

Die Fig. 5A bis 5D zeigen vier Arbeitsphasen einer Einrichtung, die eine Abwandlung des Wärmewandlers gemäß Fig. 1 dargestellt und sich von letzterem im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß jede Einheit einen Rotor mit vier um 90° versetzten Schiebern oder Messer hat und daß zwei diametral versetzt angeordnete Dichtungen zwischen Gehäuse und Rotor vorgesehen sind, so daß für die jeweiligen Systeme in jeder Einheit jeweils zwei diametral gegenüberliegende Arbeitsräume gebildet werden, wie durch entsprechende Schraffierungen dargestellt ist. Die einander diametral gegenüberliegenden Arbeitsräume jeder Einheit sind mit entsprechenden Anschlüssen versehen, die paarweise an die entsprechenden Rohrleitungen (18) bis (24) angeschlossen sind. Dies ist der Einfachheit halber nur für die Einheit (10) in Fig. 5A dargestellt: Es sind jeweils zwei einander diametral gegenüberliegende Anschlüsse (10 a 1), (10 a 2) vorgesehen, die sich in der Mitte zwischen den bezüglich des Gehäuses stationären Abdichtungen (11 a, 11 b) befinden. Um den Winkelabstand der Rotormesser, also um 90 Grad gegen diese Anschlüsse versetzt sind zwei einander diametral gegenüberliegende Paare von Anschlüssen (10 b 1), (10 c 1) bzw. (10 b 2), (10 c 2) vorgesehen, die den Dichtungen (11) so zugeordnet sind, wie es in Verbindung mit Fig. 1 erläutert worden ist. Im übrigen sind die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet worden und die Arbeitsweise des Wärmewandlers gemäß Fig. 5 ist ganz analog zu dem gemäß Fig. 1.

Die in den Einrichtungen gemäß Fig. 1 und 5 ablaufenden thermodynamischen Kreisprozesse unterscheiden sich von dem vorgeschlagenen Prozeß und vom sog. Vuilleumier-Prozeß dadurch wesentlich, daß die einer Gasmasse (m) auf einem Weg von (x) nach (y) von einem Regenerator zugeführte oder entnommene Wärmemenge beim Rückströmen von (y) nach (x) nicht mehr der Gesamtmasse (m), sondern einer Teilmasse von (m) zugeführt bzw. entnommen wird.

In Fig. 6 ist eine Abwandlung der Einrichtung gemäß Fig. 1 schematisch dargestellt, bei der neuartige Drehkolbenmaschineneinheiten (610), (612), (614), (616) verwendet werden, die jeweils einen Drehkolben (602) in Form eines dreizackigen Sternes enthalten, der in einer Rotorkammer (604) in Form eines viereckigen Kissens mit nach innen etwas einspringenden Seiten exzentrisch umläuft. Auch hier sind vier Systeme vorhanden, in denen vier gegeneinander phasenverschobene thermodynamische Gasprozesse der in Verbindung mit Fig. 1 erläuterten Art ablaufen. Dem "roten" System (S 618) ist eine Leitung (618) zugeordnet, dem "grünen" System (S 620) eine Leitung (620), dem "blauen" System (S 622) eine Leitung (622) und dem "gelben" System (S 624) eine Leitung (624). Die Rotorkammern der Einheiten (610), (612), (614) und (616) haben jeweils in ihren Ecken einen Anschluß für eine der Leitungen (618), (620), (622) bzw. (624). Die Anschlüsse sind jeweils rechts oben beginnend in Uhrzeigerrichtung mit der Nummer der Einheit und den Indizes (a), (b), (c) und (d) bezeichnet und mit den Leitungen wie folgt verbunden:

Anschlüsse (610 a), (612 c), (616 b, (616 d) mit 618;
(610 b), (612 d), (614 c). (616 a) mit 620,
(610 c), (612 a), (614 d), (616 b) mit 624,
(610 d), (612 b), (614 a), (616 c) mit 622.

Während in den Anschlüssen der Rotorkammern der Einheiten der Einrichtung gemäß Fig. 1 das Arbeitsgas jeweils immer nur entweder ausströmt oder einströmt, strömt das Arbeitsgas bei der Einrichtung gemäß Fig. 6 in ein und demselben Anschluß während eines Teiles des Arbeitszyklus in die Rotorkammer hinein und während eines anderen Teiles des Arbeitszyklus aus der Rotorkammer heraus. An die Stelle der Wärmetauscher (626) bzw. (628), der in ihrer Funktion den Wärmetauschern (26) bzw. (28) in Fig. 1 entsprechen, kann daher in jeder Leitung ein entsprechender Regenerator (Rekuperator) verwendet werden. Die Arbeitsweise der Einrichtung gemäß Fig. 6 entspricht im übrigen der gemäß Fig. 1, so daß sich eine weitere Erläuterung erübrigt. Die Ausführungsform gemäß Fig. 6 ist mechanisch wesentlich komplizierter als die gemäß Fig. 1 und soll hauptsächlich zeigen, daß die Erfindung mit Drehkolbenmaschineneinheiten der verschiedensten Konstruktionen realisiert werden kann.

Da bei den im vorstehenden beschriebenen Einrichtungen praktisch keine mechanische Kompression des Arbeitsgases stattfindet, ist für den Antrieb der Rotoren praktisch nur diejenige Leistung erforderlich, die zur Überwindung der Reibungsverluste und eventueller, thermisch bedingter Druckunterschiede erforderlich ist.

Wie oben bereits in Verbindung mit Fig. 1 erwähnt worden ist, können die obengenannten Einrichtungen als Wärmepumpe bzw. Kältemaschine dienen. Bei einer typischen Betriebsart laufen die Rotoren dabei in Uhrzeigerrichtung um, den auf hoher (H) bzw. niedriger (L) Temperatur arbeitenden Einheiten (10) bzw. (16) wird Wärme zugeführt und von den auf mittlerer Temperatur (M) arbeitenden Einheiten (12) und (14) wird Wärme abgeführt. Die Einheiten (12) und (14) können jedoch auch mit verschiedenen Temperaturen (T 3) bzw. (T 2) betrieben werden, wobei (T 3) größer oder kleiner als (T 2) sein kann, ohne daß am Betrieb der Einrichtung als Wärmepumpe bzw. Kältemaschine etwas Prinzipielles ändert.

Die Einrichtungen gemäß Fig. 1, 5 und 6 können jedoch auch auf andere Weise als Wärmepumpen (Kältemaschinen) und außerdem als Wärmetransformator oder als Wärmepumpentransformator betrieben werden. Insgesamt sind acht Betriebsarten möglich, die in der folgenden Tabelle I dargestellt sind. Ein Pluszeichen (+) bedeutet, daß der in der ersten Spalte angegebenen Einheit Wärmeenergie zugeführt wird, ein Minuszeichen (-), daß von der betreffenden Einheit Wärmeenergie abgeführt oder entnommen wird.

TABELLE I

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

Die Betriebsart 2 wurde oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert. Es sei angemerkt, daß dabei T 3 größer, gleich oder kleiner als T 2 sein kann. T 4 ist größer als T 3 und T 2 und diese sind größer als T 1.

Besonders vorteilhafte Wärmepumpen- bzw. Kältemaschinen-Betriebsarten sind auch 1 und 3, da bei Betriebsart Typ 1 Nutzwärme bei zwei verschiedenen Temperaturniveaus T 4 und T 3 abgegeben wird, während bei Betriebsart 3 sich Kälte auf einem relativ tiefen Niveau T 1 und einem etwas höheren Niveau erzeugen läßt.

Die Betriebsart 8 stellt einen Wärmetransformator dar. Die Einheit 10 gibt Nutzwärme der relativ hohen Temperatur T 4, die Einheit 16 Abwärme der relativ niedrigen Temperatur T 1 ab, die Einheiten 12 und 14 nehmen Wärme der mittleren Temperatur T 3 bzw T 2 auf, wobei

T 4 ≦λτ T 3 ≦λτ/=/≦λτ T 2 ≦λτ T 1

ist.

In den Betriebsarten 3 und 6 arbeitet die Einrichtung als Wärmepumpentransformator. Für die Temperaturniveaus gilt hier

Betriebsart 3: T 3 ≦λτ T 4 ≦λτ T 2 ≦λτ T 1.
Betriebsart 6: T 4 ≦λτ T 3 ≦λτ T 1 ≦λτ T 2

Die Wärmepumpentransformatoren eignen sich vor allem zur Wärmerückgewinnung bei Kondensationsvorgängen. Die beim Kondensieren eines Stoffes frei werdenden Kondensationswärme wird dem Wärmepumpentransformator zugeführt und durch diesen auf eine über der Kondensationstemperatur liegende Temperatur hochtransformiert, so daß sie für die Verdampfung des betreffenden Stoffes genutzt werden kann.

Weitere vorteilhafte Abwandlungen ergeben sich, wenn man die Einrichtungen gem. Fig. 1, 5 oder 6 durch eine Kompressionsmaschine (KM) und/oder eine Expansionsmaschine (EM) ergänzt. Bei Fig. 1 wird die Expansionsmaschine (EM) beim Anschluß (10 a) in die Leitung (18) eingeschaltet und sie kann z. B. dazu verwendet werden, die für den Antrieb der Rotoren der Einheiten (10) bis (16) benötigte Antriebsenergie zu liefern. Die Kompressionsmaschine (KM) wird beim Anschluß (16 a) in die Leitung (20) eingeschaltet und gestattet es, dem System zusätzlich Energie durch mechanische Arbeit zuzuführen. Mit Kompressions- oder Expansionsmaschinen ergeben sich die in Tabelle II aufgeführten 22 Typen oder Betriebsarten, wobei ein Pluszeichen in der Zeile (W) bedeutet, daß dem System Arbeit über eine Kompressionsmaschine (KM) zugeführt wird, während ein Minuszeichen in dieser Zeile die Entnahme von Energie aus dem System durch eine Expansionsmaschine (EM) bedeutet. Bezüglich der Einheiten (10) bis (12) entspricht die Tabelle II der Tabelle I.

TABELLE II

In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Einrichtung dargestellt, mit der Wärmeenergie in mechanischer Arbeit, insbesondere Wellenleistung einer Turbine, umgesetzt werden kann. Die Einrichtung gemäß Fig. 7 enthält zwei Rotationskolbenmaschineneinheiten (710) bzw. (712), die im wesentlichen so aufgebaut sein können, wie es in Verbindung mit Fig. 1 erläutert worden war. Die Einheiten enthalten jeweils drei Rotorkammer-Anschlüsse (710 a), (710 b) und (710 c) bzw. (712 a), (712 b) und (712 c), die so angeordnet sind, wie es für die entsprechenden Anschlüsse in Fig. 1 erläutert worden ist. Die Anschlüsse (710 a) und (712 a) sind über eine Leitung (717) verbunden, welche eine arbeitsleistende Expansionsmaschine, z. B. eine Turbine (719) enthält. Der Anschluß (710 b) ist mit dem Anschluß (712 c) über eine Leitung (721) verbunden. Der Anschluß (712 b) ist mit dem Anschluß (710 c) über eine Leitung (723) verbunden. Die Leitungen (721) und (723) führen durch einen Wärmetauscher (726). Ferner können die Leitungen (717) und (723) durch einen Wärmetauscher (728) thermisch gekoppelt sein. Gegebenenfalls kann das durch die Leitung (717) strömende gasförmige Arbeitsfluid ganz oder teilweise durch den Wärmetauscher (726) geführt werden, wie es gestrichelt angedeutet ist.

Im Betrieb wird der Einheit (710) Wärmeenergie verhältnismäßig hoher Temperatur (T _H ) zugeführt und der Einheit (712) wird Wärmeenergie relativ niedriger Temperatur (T _L ) entnommen. Die Rotoren der Einheiten (710) und (712) sitzen auf einer gemeinsamen Welle oder werden auf andere Weise synchron angetrieben, wobei im wesentlichen hier ebenfalls nur die mechanischen Reibungsverluste gedeckt zu werden brauchen, da sich die durch Druckdifferenzen in den Einheiten entstehenden Drehmomente kompensieren.

Die Fig. 7A bis 7H zeigen verschiedene Betriebszustände während einer Umdrehung der Rotoren der Einheiten (710) und (712). In den Einheiten (710) und (712) laufen vier gegeneinander phasenverschobene thermodynamische Gas-Kreisprozesse ab. Charakteristisch ist dabei für die Einrichtung gemäß Fig. 7, daß ein bestimmtes Volumen des Arbeitsgases jeweils nur zwischen den Einheiten (710) und (712) hin- und herpendelt, während ein anderer Teil des Volumens von diesem "Pendelvolumen" durch die Turbine (719) gefördert wird und dort mechanische Arbeit leistet. Für die Erläuterung dieses Prozesses sei zuerst das Arbeitsgas betrachtet, das sich in der linken Hälfte der Einheit (712 d) zwischen dem Messer (712 d) und der Dichtung (712 e) befindet. Bei der Drehung der Rotoren in Uhrzeigerrichtung wird das Gas aus der relativ kalten Einheit (712) durch die Leitung (723) in die relativ heiße Einheit (710) verdrängt.

In der Stellung gemäß Fig. 7C ist dieser Vorgang abgeschlossen, d. h. daß die linke Hälfte der Einheit (710) nun Arbeitsgas relativ hohen Druckes enthält. Das Messer (710 d) überläuft nun die Öffnung (710 a) (Fig. 7C), so daß das unter dem relativ hohen Druck stehende Arbeitsgas durch die Leitung (717) zur Turbine (719) strömt, wo es sich entspannt und dann in den mit der Öffnung (712 a) in Verbindung stehenden Arbeitsraum der Einheit (712) (Fig. 7D) strömt, wo es das in diesem Arbeitsraum enthaltene, sich auf relativ niedriger Temperatur befindliche "braune" Arbeitsgasvolumen, das eine niedrige Dichte hat, etwas verdichtet, wie durch den "orangen" Teil (or) dargestellt ist. In Fig. 7E erreicht der Kolben (712 d) den Anschluß (710 a), so daß das Ausströmen von Arbeitsgas relativ hohen Druckes aus dem sich von diesem Kolben befindlichen Teil des Arbeitsraumes beendet wird. Dieser Teil des Arbeitsraumes enthält nun ein "blaues" Arbeitsgasvolumen (bl), das durch das Abströmen des "orangen" Teiles (or) entspannt worden ist. Das Arbeitsgasvolumen (bl) wird nun zwischen 7E und 7H in den sich zwischen der Dichtung (712 e) und dem Messer (712 d) befindlichen Teil des Arbeitsraumes übergeführt, wobei der Druck durch die Temperaturerniedrigung sinkt. In Fig. 7G ist dieser Vorgang abgeschlossen.

Es ist also ersichtlich, daß das "blaue" Volumen (bl) nur zwischen den Einheiten (710) und (712) hin- und herpendelt, jedoch durch intermittierende Expansion den anderen, "orangen" Teil (or) des Arbeitsgases antreibt und durch die Turbine fördert, um dort mechanische Arbeit zu erzeugen. Selbstverständlich ist das Arbeitsgas im "blauen" und im "orangen" Volumen nicht voneinander getrennt, die obige Erläuterung soll nur verdeutlichen, daß ein gewisser Prozentsatz des Arbeitsgases zwischen den Einheiten (710) und (712) hin- und herpendelt, während ein anderer Teil vom ersten Teil durch die Turbine gedrückt wird, um die gewünschte Wellenleistung zu erzeugen. Dieser Massenanteil m _c hängt von den Temperaturniveaus (T _H ) und (T _L ) in den Einheiten (710) und (712) ab.

Ganz entsprechende Vorgänge laufen mit entsprechender Phasenverschiebung hinsichtlich des "gelben" Pendelvolumens (ge) und des "roten" Arbeitsvolumens (ro) ab. Während bei dem oben erläuterten Prozeß das Volumen (or) von (bl) bzw. (br) zyklisch durch die Turbine gefördert wurde, wird beim zweiten, um 180°C versetzten Prozeß Gasvolumen (ro) von den Volumina (ge) bzw. (gr) durch die Turbine gefördert.

Eine Einrichtung der in Fig. 7 dargestellten Art läßt sich sehr kompakt bauen, man kann die Rotationskolbenmaschinen und die Turbine in ein und demselben, z. B. zylindrischen Gehäuse unterbringen, das dann außen nur geeignete Wärmetauscherflächen und, falls die Turbine mit einem elektrischen Generator verbunden ist, zur Leistungsentnahme nur elektrischer Anschlüsse aufweist.

Ersetzt man die Turbine (719) durch einen Kompressor oder Verdichter entgegengesetzter Förderrichtung so ergibt sich eine Wärmepumpe bzw. Kältemaschine.

Fig. 8 zeigt, wie sich die Volumina der verschiedenen Gasmassen während eines Arbeitszyklus ändern, wobei die gleichen Farbbezeichnungen bzw. Schraffuren verwendet wurden, wie in Fig. 7.

Fig. 9 zeigt das Indikatorprogramm der Pendelmasse m _c , die die primäre Arbeit leistet, indem sie die Arbeitsmasse m _B durch die Turbine drückt. Das Indikatordiagramm durch die Turbine strömenden, die Wellenleistung der Turbine letztlich erzeugenden Arbeitsmasse m _B ist nur durch die Extrempunkte 1 und 4 angedeutet.

Claims (22)

1. Einrichtung zum Nutzbarmachen von Wärmeenergie, bei welcher in einem ersten Teil eines Arbeitszyklus ein Wärmeträgerfluid aus einem ersten Raum in einen zweiten Raum, in dem eine höhere Temperatur herrscht als im ersten, verdrängt wird und das Wärmeträgerfluid in einem zweiten Teil des Arbeitszyklus wieder vom zweiten Raum zurück in den ersten verdrängt wird, wobei dem Wärmeträgerfluid beim Übergang vom ersten in den zweiten Raum Wärmeenergie zugeführt und beim Übergang vom zweiten in den ersten Raum Wärmeenergie entzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume durch volumenveränderliche Arbeitsräume von miteinander gekoppelten, phasenverschoben arbeitenden Drehkolbenmaschineneinheiten (10, 12, 14, 16) gebildet werden, die durch Fluidleitungen (18, 20, 22, 24) so miteinander verbunden sind, daß das Arbeitsfluid aus einem sich verkleinernden Arbeitsraum relativ hoher Temperatur durch eine erste Leitung in einen sich vergrößernden Arbeitsraum niedriger Temperatur verdrängt wird und gleichzeitig Arbeitsfluid aus einem sich verkleinernden Arbeitsraum niedriger Temperatur durch eine zweite Leitung in einen sich vergrößernden Arbeitsraum höherer Temperatur verdrängt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leitungen durch einen Wärmetauscher thermisch gekoppelt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängung ohne wesentliche mechanische Verdichtung oder arbeitsleistende Expansion erfolgt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsmaschineneinheiten jeweils ein Gehäuse mit einer im wesentlichen zylindrischen Rotorkammer und einen in dieser drehbaren angeordneten, im wesentlichen zylindrischen Rotor enthalten; daß der Rotor mindestens ein Paar diametraler, bezüglich des Gehäuses abdichtender Elemente oder Messer (13) enthält, daß mindestens eine bezüglich des Gehäuses stationäre Abdichtung (11) zwischen Gehäuse und Rotor vorgesehen ist; daß die Rotorkammer mindestens ein Tripel von Anschlüssen (10 a), (10 b), (10 c) aufweist, von denen der erste (10 a) von jeder benachbarten gehäusefesten Abdichtung (11) einen Winkelabstand hat, der gleich 180° geteilt durch die Anzahl der Abdichtungen ist und daß der zweite und dritte Anschluß (10 b), (10 c) bei vorgegebener Rotordrehrichtung unmittelbar vor bzw. unmittelbar nach einer zugehörigen gehäusefesten Abdichtung (11) liegt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vier Rotationsmaschineneinheiten (10), (12), (14), (16) vorgesehen sind. daß der erste Abschluß (10 a) der ersten Einheit (10) durch eine sich verzweigende Leitung (18) mit dem zweiten Anschluß (14 b) der dritten Einheit (14) und dem dritten Anschluß (16 c) der vierten Einheit verbunden ist; daß der erste Anschluß (12 a) der zweiten Einheit (12) über eine zweite sich verzweigende Leitung (24) mit dem zweiten Anschluß (16 b) der vierten Einheit (16) sowie dem dritten Anschluß (14 c) der dritten Einheit (14) verbunden ist; daß der erste Anschluß (14 a) der dritten Einheit (14) über eine dritte Leitung (22) mit dem zweiten Anschluß (12 b) der zweiten Einheit (12) und dem dritten Anschluß (10 c) der ersten Einheit (10) verbunden ist; und daß der erste Anschluß (16 a) der vierten Einheit (16) über eine vierte Leitung (20) mit dem zweiten Anschluß (10 b) der ersten Einheit (10) sowie dem dritten Anschluß (12 c) der zweiten Einheit (12) verbunden ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den ersten Anschluß (10 a) der ersten Einheit (10) benachbarte Teil der ersten Leitung (18) sowie die dem zweiten und dritten Anschluß (10 b), (10 c) der ersten Einheit (10) benachbarten Teile der dritten und vierten Leitung (22), (20) durch einen ersten Wärmetauscher (26) thermisch miteinander gekoppelt sind und daß der dem ersten Anschluß der vierten Einheit (16) benachbarte Teil der vierten Leitung sowie die dem zweiten und dem dritten Anschluß (16 b), (16 c) dieser Einheit benachbarten Teile der ersten und zweiten Leitung (18), (24) durch einen zweiten Wärmetauscher (28) thermisch miteinander gekoppelt sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der der dritten und vierten Einheit (14), (16) benachbarte Teil der ersten Leitung (18) und der dem ersten Anschluß (12 a) der zweiten Einheit (12) benachbarte Teil der zweiten Leitung (24) durch einen Wärmetauscher (30) thermisch miteinander gekoppelt sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dritten Einheit (14) benachbarte Teil der dritten Leitung (22) und der der ersten und zweiten Einheit (10), (12) benachbarte Teil der vierten Leitung (20) durch einen Wärmetauscher (32) thermisch miteinander gekoppelt sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Drehsinn des Rotors der angegebenen Reihenfolge der zweiten und dritten Anschlüsse entspricht; daß der ersten Einheit (10) Wärmeenergie relativ hoher Temperatur (H) zuführbar ist; daß von der zweiten und der dritten Einheit (12), (14) Wärmeenergie in einem mittleren Temperaturbereich (M) abführbar ist und daß der vierten Einheit (16) Wärmeenergie relativ niedriger Temperatur (L) zuführbar ist, so daß die Einrichtung als Wärmepumpe bzw. Kältemaschine arbeitet.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Einheit (10) Wärmeenergie relativ hoher Temperatur (T 4) entnehmbar ist; daß der zweiten und der dritten Einheit (12), (14) Wärmeenergie in einem mittleren Temperaturbereich (T 3), (T 2) zuführbar ist und daß von der vierten Einheit (16) Wärmeenergie relativ niedriger Temperatur (T 1) abnehmbar ist, so daß die Einrichtung als Wärmetransformator arbeitet.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betrieb der Einrichtung als Wärmepumpentransformator vier sukzessive niedrigere Temperaturniveaus (T 4), (T 3) bzw. (T 1) vorgesehen sind; daß der ersten Einheit (10) Wärmeenergie der zweitobersten Temperatur (T 2) zuführbar ist; der zweiten Einheit Wärmeenergie der höchsten Temperatur (T 4) entnehmbar ist; der dritten Einheit Wärmeenergie der dritthöchsten Temperatur (T 2) zuführbar ist und der vierten Einheit (16) Wärmeenergie der niedrigsten Temperatur (T 1) entnehmbar ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betrieb der Einrichtung als Wärmepumpentransformator vier sukzessive niedrigere Temperaturniveaus (T 4), (T 3), (T 2) bzw. (T 1) vorgesehen sind; daß der ersten Einheit (10) Wärmeenergie der höchsten Temperatur (T 4) entnehmbar ist; daß der zweiten Einheit (12) Wärmeenergie des zweiten Temperaturniveaus (T 3) zuführbar ist; der dritten Einheit (14) Wärmeenergie des niedrigsten Temperaturniveaus (T 1) entnehmbar ist und der vierten Einheit (16) Wärmeenergie des dritthöchsten Temperaturniveaus (T 2) zuführbar ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsmaschineneinheiten jeweils einen sternförmigen Rotor (602) enthalten, der in einer entsprechenden Rotorkammer kissenartigen Querschnitts (604) exzentrisch drehbar gelagert ist (Fig. 6).

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Rotors (602) die Form eines dreizackigen Sterns und der Querschnitt der Rotorkammer die Form eines viereckigen Kissens hat und daß die Rotorkammer an jeder Ecke einen Anschluß aufweist.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie vier Rotationsmaschineneinheiten (610), (612), (614), (616) enthält, die jeweils einen ersten, zweiten, dritten und vierten Rotorkammer-Anschluß aufweisen, welche bei einer synchronen Drehung der Rotoren nacheinander von einer vorgegebenen Rotorspitze überlaufen werden; daß der erste Anschluß (610 a) der ersten Einheit (610) durch eine erste Leitung (618) mit dem dritten Anschluß (612 c) der zweiten Einheit (612), dem zweiten Anschluß (614 d) der dritten Einheit (614) und dem vierten Anschluß (616 d) der vierten Einheit (616) verbunden ist; daß der zweite Anschluß (610 d) der ersten Einheit (610) über eine zweite Leitung (620) mit dem vierten Anschluß (612 d) der zweiten Einheit (612), dem dritten Anschluß (614 c) der dritten Einheit (614) sowie dem ersten Anschluß (616 a) der vierten Einheit (616) verbunden ist; daß der dritte Anschluß (610 c) der ersten Einheit (610) über eine dritte Leitung (624) mit dem ersten Anschluß (612 a) der zweiten Einheit (612), dem vierten Anschluß (614 d) der dritten Einheit (614) und dem zweiten Anschluß (616 b) der vierten Einheit (616) verbunden ist und daß der vierte Anschluß (610 d) der ersten Einheit (610) über eine vierte Leitung (622) mit dem zweiten Anschluß (612 b) der zweiten Einheit (612), dem ersten Anschluß (614 a) der dritten Einheit (614) sowie dem dritten Anschluß (616 c) der vierten Einheit (616) verbunden ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an den zweiten und den dritten Anschluß der ersten Einheit angeschlossenen Leitungen (20), (22) durch einen ersten Wärmetauscher thermisch miteinander gekoppelt sind und/oder die mit dem zweiten und dritten Anschluß der vierten Einheit (16) verbundenen Leitungen (18), (24) durch einen zweiten Wärmetauscher (28) thermisch gekoppelt sind und/ oder die mit dem ersten Anschluß (10 a) der ersten Einheit (10) verbundenen Leitung (18) durch einen Wärmetauscher (29) mit der an den ersten Anschluß (16 a) der vierten Einheit (16) angeschlossenen Leitung (20) thermisch gekoppelt ist.

17. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei auf verschiedenen Temperaturen (T _H ), (T _L ) arbeitende Rotationsmaschineneinheiten (710), (712) vorgesehen sind; daß der erste Anschluß (710 a) der ersten Einheit (710) mit dem ersten Anschluß (712 a) der zweiten Einheit (712) über eine Arbeitsmaschine (719) verbunden sind; daß der zweite Anschluß (710 b) der ersten Einheit (710) über eine Leitung (721) mit dem dritten Anschluß (712) der zweiten Einheit (712) verbunden ist und daß der dritte Anschluß (710 c) der ersten Einheit (710) über eine dritte Leitung (723) mit dem zweiten Anschluß (712 b) der zweiten Einheit (712) verbunden ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmaschine eine mechanische Leistung abgebende Maschine, wie eine Turbine (719) ist.

19. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmaschine eine mechanische Arbeit aufnehmende Maschine, wie ein Verdichter ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und dritte Leitung (721), (723) durch einen Wärmetauscher (726) thermisch gekoppelt sind.

21. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der dem ersten Anschluß (712 a) der zweiten Einheit (712) benachbarte Teil der ersten Leitung (717) mit der dritten Leitung (723) thermisch über einen Wärmetauscher (728) gekoppelt ist.

22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in dem dem ersten Anschluß (10 a) der ersten Einheit (10) benachbarten Teil der ersten Leitung (18) und/oder in dem dem ersten Anschluß (16 a) der vierten Einheit (16) benachbarten Teil der vierten Leitung (20) eine Arbeitsmaschine in Form einer Arbeit aufnehmende Kompressionsmaschine oder Arbeit leistenden Expansionsmaschine angeordnet ist.