DE3545936A1 - Einrichtung zum nutzbarmachen von waermeenergie - Google Patents
Einrichtung zum nutzbarmachen von waermeenergieInfo
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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.
(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.
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
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.
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.
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