DE626926C - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Waerme und Kaelte - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Waerme und Kaelte

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DE626926C DEL84202D DEL0084202D DE626926C DE 626926 C DE626926 C DE 626926C DE L84202 D DEL84202 D DE L84202D DE L0084202 D DEL0084202 D DE L0084202D DE 626926 C DE626926 C DE 626926C
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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/004Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being air

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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Wärme und Kälte In einer Kältemaschine benutzt man bekanntlich Arbeitsprozesse, die aus einer Kompression, einer Wärmeabgabe bei konstantem Druck, einer Entspannung und einer Wärmeaufnahme bei konstantem, aber niedrigerem Druck bestehen. Ein derartiger Kreisprozeß verbraucht eine Energiemenge, die gleich dem Unterschied zwischen der bei der Kompression des Gases erforderlichen und der bei der Entspannung des Gases wiedergewonnenen Energie ist. Dieser Unterschied ist bedingt durch Volumenschwankungen des Gases, die von Temperaturänderungen herrühren, und durch Gasverluste. Die verbrauchte Energie des Kreislaufes wird für gewöhnlich in mechanischer Form durch einen Motor geliefert.
  • Man hat bereits vorgeschlagen, eine Heißluftmaschine zur Lieferung dieser Energie zu benutzen und sie mit einer Luftkältemaschine mechanisch zu kuppeln. Infolge der Umwandlung der thermischen Energie in mechanische Energie innerhalb der Maschine und der darauffolgenden Rückumwandlung der mechanischen Energie in thermische innerhalb der Kältemaschine entstehen große Verluste, deren Wirkungen sich summieren.
  • Durch die Erfindung ist bezweckt, diese doppelte Umwandlung zu vermeiden und in einer praktischen Weise thermische Energieumwandlungen zu erzielen, durch die Temperaturen unterhalb o' C erreicht werden, ohne die Energie in mechanischer Form durchlaufen zu lassen, um die Wirkungsgradverluste zu vermeiden, die dadurch entstehen, daß die Energie in mechanischer Form durchläuft.
  • Gemäß der Erfindung läßt man zu diesem Zweck eine Wärmequelle auf ein Gas wirken, welches einen Kreisprozeß durchläuft, ähnlich dem einer Heißluftmaschine, während eine andere Gasmenge einen linken Kreisprozeß durchläuft, ähnlich dem einer Kältemaschine. Infolge der Anordnung von Kanälen, durch welche diese beiden Kreisläufe miteinander verbunden sind, kann der rechts laufende Kreislauf als Luftkompressor arbeiten, und durch die Verbindungskanäle kann die überschüssige Gasmenge hindurchtreten, die von der Erhitzung in dem rechts laufenden Kreislauf stammt. Dadurch kann die Zusammenziehung, die in dem links laufenden Kreislauf durch Abkühlung entsteht, ausgeglichen werden.
  • Durch diese Gasführung, die zwischen den beiden Kreisläufen einen Ausgleichstrom bildet, ist ermöglicht, ohne eine mechanische Energie für den Ausgleich der Volumenschwankungen des Gases auszukommen, die durch die Temperaturschwankungen bedingt sind. Man vermeidet daher auch die Verluste, die durch die Anwendung mechanischer Organe .entstehen: Jeder Kreislauf enthält einen Kompressor, eine Entspannungsmaschine und zwei Temperaturwechsler, von denen einer durch eine-Verbindung mit der Außenluft ersetzt werden kann, wenn Luft oder ein Gas bei Atmosphärendruck unmittelbar in den einen oder anderen Kreislaufeingelassen wird. Der Ausgleichstrom kann einfach dadurch geschaffen werden, daß die bei konstantem Druck arbeitenden Temperaturwechsler der beiden Kreisläufe miteinander in Verbindung gesetzt werden, wenn alle beide den gleichen brückunterschi:ed aufweisen. Sind diese Druck= unterschiede voneinander verschieden; so kann der Ausgleichstrom durch eine drück-erzeugende oder -aufnehmende Maschine geleitet werden.
  • Die Verdichtungsarbeiten und 'die Entspannungsarbeiten werden dann in jedem der beiden Kreisläufe fast gleich;- die in jeder Entspannungsmaschine frei werdende mechanische Energie wird in dem zugeordneten Kompressor wiedergewonnen, und es genügt eine kleine Hinzugabe mechanischer Energie, um die Reibungen auszugleichen. Diese Zugabe kann durch den Energienüberschuß des rechts laufenden Teiles des Kreisprozesses geliefert werden, und zwar in der Form eines Überschusses an Druckgas oder in der Form eines Druckunterschiedes, der in dem rechts laufenden Teil größer ist als in dem links laufenden Teil.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgen die Verdichtungen und Entspannungen im rechts laufenden Teil adiabatisch, während sie im links laufenden Teil angenähert isothermisch verlaufen, um die erzielte thermische Wirkung zu erhöhen. Da @es in der Praxis schwierig ist, isothermisch verlaufende Verdichtungen und Entspannungen zu erhalten, so erzielt man auch noch fast gleichwertige Erfolge, wenn man -die Verdichtungen und Entspannungen des links laufenden Teiles des Kreisprozesses in zwei oder mehrere Stufen unterteilt, wobei in jeder Stufe :ein Wärmeaustausch stattfindet. Der Ausgleich der entstehenden Volumenveränderung erfolgt durch die Bildung eines Gasstromes zwischen den Temperaturwechslern, in denen sich die thermischen Arbeitsvorgänge im -entgegengesetzten Sinn abspielen.
  • Bei dem Verfahren nach der Erfindung können als thermische Energiequelle Gase mit einer Temperatur von i oo° bis 200°C, also z. B. Verbrennungsgase, verwendet werden, die für gewöhnlich als wertlos gelten. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens strömen die heißen Gase (Verbrennungsgase oder Abgase) unmittelbar in den rechts laufenden Teil des Kreisprozesses, anstatt in Temperaturwechslern ihre Wärme an diese durchströmenden Gase abzugeben. Es genügt hierzu, daß der höchste Druck im l-reisprozeß dem des umgebenden Mittels entspricht, während der tiefste Druck durch Entspannung der heißen Gase erhalten wird.
  • Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann mittels Kompressoren und Entspannungsmaschinen jeder bekannten Bauart erfolgen. Vorteilhaft wird als Kompressor und als Entspannungsmaschine eine Maschine benutzt, bei der ohne Zwischenschaltung mechanischer Organe --ein Druckaustausch zwischen dem im Entspannungsabschnitt und dem 'im Verdichtungsabschnitt befindlichen Gas :erfolgt. Man vermeidet auf diese Weise nicht nur das Durchlaufen von Energie in mechanischer Form von einem Kreislauf auf den anderen, -sondern auch von der Entspannungsmaschine auf den Kompressor jedes Kreislaufes.
  • Vorrichtungen dieser Art können zu zweien oder auch so miteinander verbunden werden, daß der Kompensationsstrom zwischen den beiden Teilen des Stromkreises die durch das Gas in den Wärmeaustauschern hervorgerufenen Druckschwankungen sowie die etwaigen Verluste ausgleicht. Man erreicht dabei eine fast vollständige Ausschaltung der Umformungen von Energie in Form von Gasdruck in mechanische Energie.
  • Auf den Zeichnungen sind Diagramme dargestellt, welche die Vorgänge bei der Durch-. führung des Verfahrens nach der Erfindung veranschaulichen. Auf den Zeichnungen sind ferner Vorrichtungen zur Durchführung verschiedener Arten des neuen Verfahrens schematisch dargestellt. Diese Vorrichtungen und Schaubilder sind lediglich als Beispiele gewählt worden.
  • Fig. i ist ein Entropiediagramm, das nebeneinander den links laufenden Teil und den rechts laufenden Teil eines Kreisprozesses nach der Erfindung darstellt.
  • Fig.2 und 3 zeigen schematisch Stromkreisanordnungen, die für die Durchführung der im Diagramm nach Fig. i dargestellten Verhältnisse dienen.
  • Fig. q. ist ein weiteres Diagramm..
  • Fig. 5 stellt ein Schema des dem Diagramm nach Fig. q. ,entsprechenden Stromkreises dar. Fig.6 und 7 zeigen weitere Entropiediagramme.
  • Fig. 8 veranschaulicht :einen dem Diagramm nach Fig.7 !entsprechenden Stromverlauf. Fig. 9 ist ein Entropiediagramm.
  • Fig. io zeigt einen Stromverlauf, der insbesondere für die Ausnutzung industrieller Gase in Betracht kommt. Fig. i i zeigt eine als Kompressor und als Expansionsvorrichtung verwendbare drehbare Vorrichtung, die für die Zwecke der Erfindung besonders geeignet ist.
  • Fig. i z ist ;ein schematischer Schnitt nach der Linie XII-XII in Fig. i i.
  • Fig. 13 zeigt einen der Fig. i z ähnlichen Schnitt einer Abänderungsform.
  • Das Entropiediagramm nach Fig. i bezieht sich auf :eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Kompressionen und Entspannungen der beiden Arbeitsreihen adiabatisch verlaufen.
  • A B C D stellt den links laufenden Teil des Kreisprozesses dar. Dieser Teil des Arbeitsprozesses umfaßt die in den Kältemaschinen und den Wärmepumpen vor sich gehenden Arbeitsvorgänge, d. h. die folgenden Ab- schnitte: A B adiabatische Kompression des Gases. B C Abkühlung bei konstantem Druck, C D adiabatische Entspannung, D A Erwärmung auf Kosten der Umgebung, d. h. Kälteerzeugung.
  • Zur gleichen Zeit wie diese Arbeitsreihen wird eine andere Reihe umgekehrter Arbeitsvorgänge (links laufender Teil des Kreisprozesses) in der folgenden Rangfolge durchgeführt: A' B' adiabatische Kompression, B' C' Erwärmung bei konstantem Druck durch eine Wärmequelle, C D' adiabatische Entspannung, D' A' Abkühlung.
  • Bei der Abwicklung der Abschnitte A B, C D ist das Gas bei der Erwärmung D A einer Volumenvergrößerung unterworfen, die durch eine mechanisch zugeführte Energiemenge ausgeglichen werden müßte, wenn der das Gas einschließende Stromkreis in sich selbst geschlossen wäre. Das die Abschnitte A' B', CD' durchlaufende Gas ist während der Abkühlung D' A' in der gleichen Weise einer Volumenverminderung unterworfen. Nach der Erfindung wird die Volumenvergrößerung im Laufe der ersten Reihe von Arbeitsvorgängen durch die Volumenverminderung im Laufe der zweiten Arbeitsreihe ausgeglichen. Dies wird dadurch erreicht, daß zwischen den beiden Stromkreisen an den Stellen A und A' eine Verbindung hergestellt wird. Ebenso wird durch eine Verbindung zwischen den Punkten B und B' durch die Volumenvergrößerung auf dem Abschnitt B' C' die Volumenverminderung ausgeglichen, der das Gas des aufnehmenden Stromes bei der Abkühlung auf dem Abschnitt B C ausgesetzt ist.
  • Eine solche Vorrichtung ist in Fig. z dargestellt, w o mit i, i' Kompressoren, mit 2,2' Expansionsmaschinen, mit 3,3' und ¢, 4.' Wärmeaustauscher bezeichnet sind. Vor und hinter den Kompressoren i, i' sind Verbindungen 1, 6 zwischen den beiden Stromkreisen hergestellt, um die Gasströmung zu ermöglichen, durch den die entsprechenden Volumenänderungen während des Druckabschnittes ausgeglichen werden sollen. Der an der Verbindungsstelle 5 vom links laufenden zum rechts laufenden Stromkreis übergehende Gasüberschuß wird an der Verbindungsstelle 6 durch letzteren wiedergewonnen. Auf diese Weise kreist durch die Verbindungsstellen 5 und 6 ununterbrochen ein Kompensationsstrom oder ein Volumenaustauschstrom in gleichbleibender Richtung. Dadurch kann die erhebliche Arbeit unterbleiben, die sonst aufgewendet werden müßte, um die durch die au£einanderfolgenden Erwärmungen und Abkühlungen im links laufenden Stromkreis bedingten Volumenänderungen auszugleichen.
  • Obgleich in der Fig. z zwei Kompressoren, zwei Expansionsmaschinen und vier Austauscher dargestellt sind, so können doch auch die Kompressoren, die Expansionsvorrichtungen, die Austauscher oder, wie weiter unten noch gezeigt wird, einzelne von ihnen miteinander verbunden werden. Die Fig.3 zeigt schematisch eine Ausführungsform, bei der nur ein einziger Kompressor 7 verwendet wird..
  • Es ist gleichfalls möglich, und zwar mit besonderem Erfolg, in dem rechts laufenden und dem links laufenden Teil des Stromkreises verschiedene Druckunterschiede aufrechtzuerhalten. Die Fig. q. zeigt ein der Fig. i ähnliches Entropiediagramm; jedoch ist der Druckabstand beim rechts laufenden Teil A' B' CD' größer als beim links laufenden Teil A B C D.
  • In diesem Fall ist, wie aus Fig. 5 hervorgeht, die Verbindung zwischen den Austauschern mit hohem Druck der beiden Stromkreise durch eine Expansionsvorrichtung 8 hergestellt, in der durch die Entspannung des vom rechts laufenden zum links laufenden Strom übergehenden Gas, stromes die wiederverwendbare Energie gewonnen wird. Diese Energie kann heispielsw.eise zum Ausgleich der durch die Reibungen der beweglichen Organe bedingten Energieverluste verwendet werden.
  • Die Fig.6 stellt in Form eines Entropiediagrämms :eine sehr aufschlußreiche Ausführungsform der Erfindung dar, bei welcher der rechts laufende Teil A' B' CD` des Arbeitsprozesses die gleichen Arbeitsvorgänge wie die vorher genannten Ausführungsformen umfaßt. Die Kompression und die Entspannung verlaufen adiabatisch, während der links laufende Teil A B C D j e eine in der Nähe einer Isothermen verlaufende Kompression A B und Entspannung C D, ümfaßt. Der Vorteil .einer solchen Anordnung ergibt sich aus den folgenden Betrachtungen: Es ist bekannt, daß im Entropiediagramm die im Laufe der verschiedenen Arbeitsvorgänge mit der Umgebung ausgetauschten Wärmemengen durch die Flächen gemessen werden, die unterhalb der entsprechenden Diagrammlinien dieser Arbeitsvorgänge liegen, während frei gewordene oder absorbierte Energiemengen durch die Flächen dargestellt werden, welche zwischen den Linien liegen, die jeden Gesamtvorgang abschließen. Bei dem in Fig, i dargestellten Kreisprozeß wird die der warmen Quelle entnommene Wärmemenge durch die Fläche gemessen, die unterhalb der Kurve B' C' liegt (d. h. die Fläche, die durch die Kurve B' C', die beiden durch Punkte B' und C hindurchgehenden Senkrechten und die absolute Nullinie gebildet wird), während .die aus der Umgebung entlehnte und der Kälteerzeugung .entsprechende Wärmemenge durch die unterhalb der Kurve D A liegende Fläche dargestellt wird. Die absorbierte Energie ist durch die Fläche A B C D und die freigegebene Energie durch die Fläche A' B' CD` dargestellt. Letztere muß mindestens .gleich oder in der Regel größer sein als die Fläche A B C D, um den Verlusten Rechnung zu tragen.
  • Diese letztere Bedingung (A' B' C' D' >_ A B C D) macht @es in dem Fall der Fig. i bei den verschiedenen Arbeitsvorgängen des treibenden Teiles des Kreisprozesses notwendig, daß die thermischen Wirkungen (gemessen an den unter den Diagrammlinien dieser Arbeitsvorgänge liegenden Flächen) mindestens von der gleichen Größe sind wie die dem links laufenden Teil des Kreisprozesses entsprechenden thermischen Wirkungen. Tatsächlich haben die Quasigleichheit der schraffierten Flächen A B C D, A' B' C' D' und der annähernd gleiche Wert ihrer Ordinaten einen ungefähr gleichen Wert ihrer Breiten und infolgedessen der unter den Diagrammlinien liegenden Flächen zur Folge. Eine Wärmeeinheit vermag daher im Höchstfalle fast eine Kälteeinheit oder fast zwei Wärmeeinheiten bei niedrigerer Temperatur zu erzeugen.
  • Dagegen sieht man in dem Fall der Fig. 6, daß die abgezogene Wärme (Kurve B' C') gering bleiben kann, während die aus der Umgebung entnommene Wärme (Kurve C D- und DA) und die auf eine höhere Temperaturstufe gebrachte Wärme (Kurve AB und B C) m einem Verhältnis zueinander stehen, das unter der Bedingung eines ausreichend großen Druckabstandes bei einem gleichen Temperaturabstand des links laufenden Teiles so groß wie erwünscht gemacht werden kann. Der Energieverbrauch für jeden Teil des Kreisprozesses ist durch die entsprechende schraffierte Fläche gekennzeichnet. Man sieht aus dem Diagramm der . Fig. 6, daß bei einem Energieverbrauch der gleichen Größenordnung, wie beispielsweise in dem Fall der Fig. i, der links laufende Teil des Kreisprozesses erheblich größere thermische Wirkungen auslöst. Infolgedessen können aus einer Wärmeeinheit n Kälteeinheiten oder n Wärmeeinheiten gewonnen werden, wobei der Wert von n von dem Verhältnis der Temperaturunterschiede abhängt.
  • In Wirklichkeit bietet die Durchführung von isothermen Kompressionen und Entspannungen sowie die Ausnutzung der während der Kompressionen frei gewordenen Wärme große Schwierigkeiten. Man zieht es vor, an deren Stelle eine Aufeinanderfolge von abgestuften Kompressionen und Entspannungen zu setzen. Die einzelnen Stufen sind dabei durch Wärmeaustauschvorgänge mit konstantem Druck voneinander getrennt. Die Fig. 7 stellt in einem Entropiediagramm einen Kreisprozeß nach der Erfindung dar, dessen links laufender Teil zwei Stufen mit den folgenden Arbeitsvorgängen umfaßt : A B adiabatische Kompression, B C Wärmeabgabe, C D zweite adiabatische Kompression, D E zweite Wärmeabgabe, E F adiabatische Entspannung, F GI Kälteerzeugung, C'rH zweite adiabatische Entspannung, H A zweite Kälteerzeugung.
  • Die Zahl der Stufen kann ohne Schwierigkeiten beliebig vermehrt werden. Man kann ohne Rücksicht auf die Zahl der Stufen dann in der Weise vorgehen, daß die Volumenänderung bei einem Wärmeaustausch stets durch eine umgekehrte Volumenänderung bei einem anderen Wärmeaustausch ausgeglichen wird. Die Volumenänderung bei der Abkühlung B C kann beispielsweise durch eine Volumenänderung im umgekehrten Sinne bei der Erwärmung F ('s ausgeglichen werden. Auf diese Weise gleichen sich die Volumenänderungen in umgekehrter Richtung während der aufeinanderfolgenden Stufen des links laufenden Teiles gegenseitig bis auf die letzte, d. h. die Stufe des höchsten Druckes, aus. Diese allein muß durch eine Zufuhr von außen, bedingt durch die Erwärmung B' C', ausgeglichen werden.
  • Die Fig.8 zeigt schematisch eine Anordnung von Vorrichtungen, die zur Durchführung des Arbeitsprozesses nach Fig.7 verwendet werden können. Während der rechts laufende Stromkreis die gleichen Elemente wie die Anlage nach Fig. z umfaßt, besteht der links laufende Stromkreis aus zwei Kompressorstufen i, i i und zwei Entspannungsstufen z, 1z sowie aus dazwischengeschalteten Austauschern 13, 1q.. Ebenso wie vorher sind die Verbindungen, welche das Kreisen des Volumenaustauschstromes zwischen den Strömen mit gleichem Druck ermöglichen, mit 5 und 6 bezeichnet. Eine zusätzliche Verbindung in dem links laufenden Stromkreis ist bei 15 vorgesehen, damit die Volumenänderung des Gases in den Austauschern i3, i q. ausgeglichen werden kann. In den Fällen, in denen eine größere Anzahl von Stufen verwendet wird, ist zwischen den beiden Austauschern mit dem gleichen Druck einer jeden Stufe eine Verbindung 15 vorgesehen. Das ergibt die Möglichkeit einer Verringerung des Austausches des Gasvolumens mit dem rechts laufenden Strom auf das für die letzte Druckstufe notwendige Maß.
  • Wie weiter oben ausgeführt worden ist, können in manchen Anwendungsfällen für den Kreisprozeß nach der Erfindung unmittelbar industrielle Gase in dem rechts laufenden Stromkreis und atmosphärische Luft in dem links laufenden Stromkreis vetwendet werden. Auf diese Weise kann die Verwendung von mehreren Wärmeaustauschern vermieden werden. Die Fig. 9 zeigt ein der Fig. i ähnliches Entropiediagramm, in dem jedoch die obere Isobare diejenige des atmosphärischen Druckes ist. Das gibt die Möglichkeit der unmittelbaren Behandlung eines heißen Gases, wie z. B. des aus einer Verbrennung stammenden Gases. Die Ausgangsstelle für den rechts laufenden Teil des Kreisprozesses liegt dann bei A'. Von dieser Stelle aus wird das beispielsweise aus einem Kamin entnommene heiße Gas bis zu dem Punkt B' entspannt, bis zu dem Punkt C gekühlt, sodann komprimiert und schließlich bei IY in die Atmosphäre freigegeben. Der links laufende Teil des Kreisprozesses umfaßt eine Entnahme von atmosphärischer Luft bei A, eine Entspannung A B, eine Erwärmung B C mit Wärmeaufnahme aus der Umgebung und schließlich eine Kompression CD, mit einer Rückführung von Luft in die Atmosphäre bei D. Das Luftvolumen ist von A bis C vergrößert worden, während das Gasvolumen von A' bis C verringert worden ist. Die Stellen C und C können (Fig. i o) durch eine Leitung i o miteinander verbunden werden. Diese Leitung wird von einem Strom durchflossen, der ständig vom links laufenden Strom zum rechts laufenden Strom hin gerichtet ist.
  • Diese Verbindung gibt mit Vorteil die Möglichkeit einer unmittelbaren Verwendung von verbrannten Gasen. Daneben wird dem Kompensationsstrom eine Richtung gesichert, in der eine Verdünnung der verbrannten Gase eintritt; jedoch bleibt das Gas des links laufenden Teiles unversehrt.
  • Der Kreisprozeß nach Fig.9 kann ebenso wie die Kreisprozesse nach den vorher behandelten Diagrammen in der weiter oben angegebenen Weise in Stufen und mit allen geeigneten Vorrichtungen, Kompressoren und Expansionsvorrichtungen durchgeführt werden.
  • Es ist indessen vorteilhaft, bei der Durchführung der Kreisprozesse nach der Erfindung für die Entspannungen und die Kompressionen drehbare Vorrichtungen zu verwenden, in denen diese Vorgänge durch Wechselwirkung der Gase im Entspamnungs-und im Kompressionsabschnitt ohne Zwischenschaltung von Wänden durchgeführt werden. Der Vorteil dieser Vorrichtungen ist im wesentlichen darin begründet, daß ihre Verwendung eine Etappe mehr bei der Vermeidung von Energieübertragungen in rein mechanischer Form darstellt. Tatsächlich ist die Energieübertragung vom rechts laufenden Strom auf den links laufenden Strom bereits durch die Vereinigung der Ströme im Sinne der Erfindung vermieden. Die Verwendung der genannten Vorrichtungen ergibt außerdem die Möglichkeit der Vermeidung der Energieübertragung von der Expansionsvorrichtung zum Kompressor eines jeden Stromkreises.
  • Die Vorrichtungen dieser Art bestehen im allgemeinen aus einem Rotor, der mit einem Kranz von Kammern 16 versehen ist (Fig. i i). Diese Kammern sind durch radiale Wände 1T voneinander getrennt und gegenüber einem Mantel 18 relativ bewegbar. Im Laufe einer Umdrehung durchquert jede Kammer nacheinander eine Zone A B, wo das Gas, das die Kammer enthält, komprimiert und erwärmt wird, - und eine Zone B C, wo das komprimierte und heiße Gas in einen Wärmeaustausch-er 3 geleitet und" durch das aus dem Austauscher 3 austretende Gas mit dem gleichen Druck, jedoch in abgekühltem Zustand, ersetzt wird. Sodann durchquert diese Kammer eine Zone C D, wo das kalte Gas entspannt und Zweiter abgekühlt wird, und schließlich :eine Zone D@ A, wo das entspannte Gas in einen Wärmeaustauscher q. gelangt. In diesem Austauscher erwärmt sich das Gas beispielsweise auf Kosten der umgebenden Luft; es wird dann durch das aus dem Austauscher q. austretende heißere Gas mit dem gleichen niedrigen Druck ersetzt.
  • Diese Vorrichtungen sind so eingerichtet, daß sich das komprimierte Gas durch unmittelbare Einwirkung entspannen kann, um das zu behandelnde Gas zu verlegen und zu komprimieren, ohne daß dazu mechanische Organe notwendig wäre.
  • Zu diesem Zweck werden durch eine Steuerung in Form von Kanälen i 9 nacheinander die Kammern, welche das den Bogen C D durcheilende und zu entspannende Gas enthalten, mit denjenigen Kammern in Verbindung gesetzt, die das den Bogen A B durchströmende, zu behandelnde Gas enthalten, so daß sich zwischen «den beiden Reihen von Räumen, sofern sie unter ungefähr gleichem Druck stehen, ein gasförmiger Strom bildet, der die allmähliche Verringerung des Druckes von C. bis D sowie das allmähliche Ansteigen des Druckes von A bis B sichert. Der auf diese Weise ausgetauschte Strom -wird derart gehalten und geführt, daß @er sich wie .eine gasförmige Wand zwischen die beiden Gasarten einschiebt.
  • Das Fließen des Stromes vom Expansionsteil zum Kompressionsteil. würde selbst bei Verwendung vollkommen arbeitender Vorrichtungen zur Durchführung der Kompression infolge der Volumenänderungen unzureichend sein, -die durch das Gas in den Wärmeäustauschern bedingt sind. Die Vervollständigung -ergibt sich durch einen mit dem Rotor der Vorrichtung verbundenen Kompressor. Dadurch können die Volumina der Rotorräume während der Abschnitte des konstanten Druckes veränderlich ,gehalten veerden-Die vorliegende Erfindung gibt also das Mittel, die Notwendigkeit der Erzeugung von mechanischer Energie zum Zwecke des Ausgleiches der Änderungen von Gasvoluminas auszuschalten. Wenn man. nämlich in der soeben beschriebenen Vorrichtung, die Arbeitsfolge des links laufenden Teiles des Stromkreises und in einer ähnlichen Vorrichtung die den rechts laufenden Teil des Stromkreises bildenden Vorgänge durchführt, so genügt ies, zur selbsttätigen Hervorrufung eines gasförmigen Kompensationsstromes die unter konstantem Druck stehenden Austauschen oder Leitungen an solchen Stellen der Stromkreise, in deren sich die die umgekehrt gerichteten Volumenänderungen hervorrufenden thermischen Arbeitsgänge abspielen, zu verbinden, wo sich die Drücke und Temperaturen nahekommen.
  • Die Fig. 12 zeigt bei 5 und 6 eine derartige Verbindung zwischen zwei Vorrichtungen, wie sie ähnlich auch in der Fig: i i dargestellt sind. Die Fig. 12 ist jedoch schematisch im Diametralschnitt gezeigt. Diese als Beispiele dargestellten Vorrichtungen gehören der Gattung an, bei der die Gasströme in den Kammern parallel zur Drehachse kreisen. Die Erfindung kann jedoch auch bei anderen Arten von Vorrichtungen verwendet werden.
  • Aus Gründen der Vereinfachung kömien die beiden Vorrichtungen in einem einzigen Rotor mit doppeltem Kammernkranz vereinigt werden (Fig. 13). Der vollständige o Kreisprozeß wird dann mittels einer einzigen drehbaren Vorrichtung söivie mit Wärmeaustauschern durchgeführt.
  • ,Obgleich die genannte drehbare Vorrichtung insbesondere für die wirtschaftliche Durchführung des Kreisprozesses nach der Erfindung verwendbar ist, so können doch auch alle geeigneten Kompressoren und Expansionsvorrichtungen verwendet werden. Die Durchführung der Erfindung in ihrer einen oder anderen Erscheinungsform ist unabhängig von der Wahl der für die Abwicklung der den Kreisprozeß bildenden Arbeitsvorgänge verwendeten Vorrichtungen.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Erzeugung von Wärme und Kälte, bei dem eine Wärmequelle auf eine Gasmenge wirkt, die einen rechts laufenden Kreisprözieß durchmacht, während eine andere Gasmenge einem links laufenden Kreisprozeß unterworfen. ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kreisprozesse so miteinander in Verbindung stehen, daß durch die überschüssige Gasmenge, die in dem rechts laufenden Kreisprozeß eine Folge der bei der Erhitzung entstehenden Ausdehnung ist, die in dem links laufenden Kreisprozeß infolge der Abkühlung eintretende Zusammenziehung ausgeglichen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in dem rechts laufenden Kreisprozeß sein Druckunterschied aufrechterhalten wird, der größer ist als in dem links laufenden Kreisprozeß und der Unterschied zwischen diesen Druckunterschieden zur Erzeugung mechanischer Energie ausgenutzt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, däß in dem rechts laufenden Kreispr ozeß die Kompression und die Entspannung praktisch adiabatisch durchgeführt Werden, während in dem links laufenden Kreisprozeß sich diese Arbeitsvorgänge mehr einer Isotherme annähern, wobei in letzterem Kreisprozeß die Verdichtung und die Entspannung aus zwei oder mehreren aufeinanderfolgenden Stufen zusammengesetzt ist und die Teilverdichtungen sowie die Teilentspannungen durch Temperaturwechsler voneinander getrennt sind. q..
  4. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Kreisläufen die Gase vom Atmosphärendruck aus entspannt und daß warme Abgase unmittelbar in den rechts laufenden Kreisprozeß .eingeführt werden.
  5. 5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, bei der von einer Heißluftmaschine eine Luftkältemaschine angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß j e eine Verbindungsleitung (5, 6) zwischen den beiden zu den Kompressoren (i, i') hinführenden und den beiden von den Kompressoren wegführenden Leitungen vorgesehen ist.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, da: durch gekennzeichnet, daß der links laufende Kreisprozeß mindestens zwei Stufenkompressoren (i, i i) enthält, die durch mindestens :einen Temperaturwechsler (13) voneinander getrennt sind und mindestens zwei in Stufen arbeitenden Entspannungsmaschinen (2, 12), welche ebenfalls durch mindestens einen Temperaturwechsler (14) voneinander getrennt sind, und daß mindestens eine Verbindungsleitung (15) zum Austausch des Gasvolumens zwischen den Temperaturwechslern (13) der Kompressionsseite und den Temperaturwechslern (14) der Entspannungsseite vorgesehen ist.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,-daß in jedem Kreislauf die Kompression und die Entspannung mittels umlaufender Vorrichtungen durchgeführt werden, bei denen ein Kranz von Kammern (16) und ein Verteiler angeordnet sind, durch den der größte Teil der bei der Entspannung frei gewordenen Energie zur Kompression wiedergewonnen wird, wobei die Verbindungsleitungen (5 und 6) zwischen den mit den umlaufenden Vorrichtungen verbundenen Temperaturwechslern (3, 3' und q., q.') angeordnet sind. B. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kränze von Kammern (16) in einem Rotor vereinigt sind.
DEL84202D 1933-06-08 1933-08-02 Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Waerme und Kaelte Expired DE626926C (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1023778B (de) * 1951-07-20 1958-02-06 Herbert Bachl Dr Ing Anlage zur gleichzeitigen Erzeugung von Waerme und Kaelte und gegebenenfalls auch von mechanischer Energie, insbesondere fuer den Haushalt
DE3837052A1 (de) * 1988-10-31 1990-05-03 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung zur gleichzeitigen abgabe von waerme auf einem oberhalb und einem unterhalb der temperatur eines reservoirs gelegenen temperaturniveau
DE4304688A1 (de) * 1993-01-05 1994-07-07 Rauscher Georg Niedertemperatur-Wärmekraftmaschine Niedertemperaturmotor (NTM), Fahrzeuge und Arbeitsmaschinen mit NTM

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