EINRICHTUNG ZUM NUTZBARMACHEN VON WÄRMEENERGIE

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Einrichtung mit den im Oberbegriff der Patentansprüche 1, 7 und 8 aufgeführten Merkmalen.

[0002] Eine solche Einrichtung ist aus dem Dokument DE-A-32 37 841 (Eder) bekannt. Die bekannte Einrichtung ist eine thermisch betriebene Wärmepumpe, die aus zwei identischen Aggregaten mit je einem Hoch- und Niedertemperatur-Arbeitszylinder mit entsprechenden Verdrängerkolben besteht, deren periodische Hubbewegung um 90^o gegeneinander phasenverschoben ist, wahrend sich die Phasen der entsprechenden Verdrängerkolben in beiden Aggregaten um 180^o voneinander unterscheiden. Beide Aggregate schließen je ein nach außen hermetisch abgeschlossenes konstantes Volumen ein, das mit Druckgas gefüllt ist, und beiden Hochtemperaturzylindern wird Wärme bei einer relativ hohen Temperatur, den Niedertemperaturzylindern eine viel größere Wärme bei niedriger Temperatur zugeführt und die Abwärmen aller vier Zylinder wird als Nutzwärme entnommen. Für die Hochtemperaturzylinder ist ein Gegenstromwärmetauscher vorgesehen, dessen beiden Rohrsysteme die oberen mit den unteren Arbeitsräumen verbinden. Die von den Verdrängern abgetrennten Arbeitsräume der beiden Niedertemperaturzylinder sind durch die getrennten Rohrsysteme eines zweiten Wärmetauschers miteinander verbunden. Bei dieser bekannten Einrichtung muß jedoch eine Temperaturdifferenz längs der Zylinder aufrechterhalten werden, so daß Probleme bezüglich der thermischen Isolierung auftreten.

[0003] Aus dem Dokument US-A-3,115,014 (Hogan) ist zwar auch schon eine Einrichtung bekannt, die als Kältemaschiene ausgebildet werden kann und drei Kammern aufweist, die jeweils einen Kolben enthalten und auf einer einheitlichen Temperatur arbeiten. Diese Einrichtung arbeitet jedoch nicht isochor (volumenkonstant), sodaß Arbeit für den Antrieb der Kolben aufgewendet werden muß.

[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Nutzbarmachung von Wärmeenergie durch Zustandsänderungen eines Arbeitsfluids anzugeben, die isochor arbeitet, theoretisch ohne Antrieb für die Kolbenmaschineneinheiten auskommt und Wärmeverluste sowie aufwendige Wärmeisolationsmaßnahmen vermeidet.

[0005] Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen gekennzeichnete Erfindung gelöst. Die vorliegende Erfindung betrifft also einen Wärmewandler, 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 Arbeitsfluid in einem zweiten Teil des Arbeitszyklus wieder vom zweiten Raum zurück in den ersten verdrängt wird, wobei dem Arbeitsfluid beim Übergang vom ersten in den zweiten Raum Wärmeenergie zugeführt und 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 Kolbenmaschineneinheiten gebildet werden. Die Arbeitsräume der Kolbenmaschineneinheiten sind durch Fluidleitungen jeweils derart miteinander verbunden, daß das Arbeitsfluid aus einem sich verkleinernden Arbeitsraum relativ hoher Temperatur einer ersten Kolbenmaschineneinheit durch eine erste Rohrleitung in einen sich vergrößernden Arbeitsraum relativ niedriger Temperatur einer zweiten Kolbenmaschineneinheit 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 vorgeschlagenen zyklischen Prozeß. Die Kolbenmaschineneinheiten weisen erfindungsgemäß jeweils ein Gehäuse auf, das überall im wesentlichen auf dem gleichen Temperaturniveau arbeitet und einen Dreh- oder Hubkolben enthält, welcher mit dem Gehäuse mindestens zwei Arbeitsräume bildet, in denen im wesentlichen gleiche Temperaturen herrschen.

[0006] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung enthalten vier synchron arbeitende Kolbenmaschineneinheiten, 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.

[0007] 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.

[0008] 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 mechanisch 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 5H Darstellungen einer als Motor verwendbaren Ausführungsform der Erfindung in verschiedenen Betriebszuständen;

Fig. 6

bestehend aus Fig. 6a bis 6h schematische Darstellungen von Arbeitsphasen einer bevorzugten, mit Hubkolbeneinheiten arbeitenden Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7

bestehend aus Fig. 7A bis 7C eine vereinfachte Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, die als Motor verwendet werden kann.

[0009] Bei der Realisierung der Erfindung können sowohl Hubkolbenmaschineneinheiten mit einem in einem Zylinder dicht und verschiebbar gelagerten Hubkolben als auch 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 Kolbenmaschineneinheiten, 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. An den Kolbenkönnen jedoch Druckdifferenzen auftreten, so daß der Kolben bezüglich des zugehörigen Zylinders oder Gehäuses durch Kolbenringe, Dichtleisten und dergleichen abgedichtet sein muß. Die Kräfte, die auf einen Kolben wegen des Druckunterschiedes wirken, können jedoch dadurch einfach kompensiert werden, daß man jeweils die Kolben zweier synchron arbeitender Einheiten mechanisch miteinander koppelt.

[0010] 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, welcher mit dem Rotor verbunden ist, mit seiner Längsrichtung axial verläuft und sich radial zur Gehäuseinnenwand erstreckt, bezüglich der 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 Vorsprungs in eine im wesentlichen mit der Gehäuseinnenwand fluchtende Stellung gedrückt wird, wenn der leistenartige Vorsprung an dieser Abdichtung vorbeiläuft. Es können jedoch auch Drehkolbenmaschinenkonstruktionen verwendet werden, die einen im Querschnitt nicht kreisförmigen Drehkolben enthalten.

[0011] 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 oder dergleichen und/oder innen mit Wärmetauscherkanälen versehen sein können, um eine große Wärmeübergangsfläche 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.

[0012] 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 angebrachte stationäre Abdichtung 11 zwischen Gehäuseinnenwand und Rotoraußenfläche.

[0013] Jede Drehkolbenmaschineneinheit hat drei Anschlüsse für entsprechende, ein gasförmiges Arbeitsfluid führende Kanäle oder Rohrleitungen und zwar einen Anschluß 10a, 12a, 14a bzw. 16a, der sich diametral gegenüber der jeweiligen stationären Abdichtung befindet, ferner jeweils einen Anschluß 10b, 12b, 14b bzw. 16b der sich bei Drehung der Rotoren in Uhrzeigerrichtung unmittelbar vor der Abdichtung 13 befindet, und schließlich einen Anschluß 10c, 12c, 14c bzw. 16c, der sich in Drehrichtung unmittelbar hinter der Abdichtung 11 befindet. Die Schieber oder Messer 13 der Rotoren sind bezüglich der der stationären Abdichtung 11 benachbarten Öffnungen, z. B. 10b, 10c so bemessen, daß sie diese Öffnungen beim Überstreichen gleichzeitig verschließen.

[0014] Eine sich verzweigende Rohrleitung 18 verbindet die Anschlüsse 10a, 14b und 16c. Eine sich verzweigende Rohrleitung 20 verbindet die Anschlüsse 10b, 12c und 16a. Eine sich verzweigende Rohrleitung 22 verbindet die Anschlüsse 10c, 12b und 14a. Eine sich verzweigende Rohrleitung 24 verbindet die Anschlüsse 12a, 14c und 16b.

[0015] Der dem Anschluß 10a benachbarte Teil der Rohrleitung 18 und die von den jeweiligen Verzweigungen zu den Anschlüssen 10b und 10c führenden Teile der Rohrleitungen 20 und 22 führen durch einen ersten Wärmetauscher 26. Der dem Anschluß 16a benachbarte Teil der Rohrleitung 20 und die von der Verzweigung zu den Anschlüssen 16b und 16c führenden Teile der Rohrleitungen 18 und 24 führen durch einen zweiten Wärmetauscher 28.

[0016] Alternativ können die den Anschlüssen 10a bzw. 16a benachbarten Teile der Leitungen 18 und 20 nicht durch die Wärmetauscher 26 bzw. 28 führen, sondern durch einen eigenen Wärmetauscher 29 thermisch miteinander gekoppelt sein.

[0017] Vorzugsweise sind ferner, wie durch gestrichelte Rechtecke 30 bzw. 32 angedeutet ist, jeweils ein Wärmetauscher 30 bzw. 32 zwischen dem dem Anschluß 12a benachbarten Teil der Rohrleitung 24 und dem der Verzweigung benachbarten Teil der Rohrleitung 18 bzw. zwischen dem dem Anschluß 14a benachbarten Teil der Rohrleitung 22 und dem der Verzweigung benachbarten Teil der Rohrleitung 20 vorgesehen.

[0018] 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.

[0019] 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 Arbeitsräumen 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 S18 durch senkrechte Schraffur ("rot");
• das Arbeitsfluid des der Rohrleitung 20 zugeordneten Systems S20 durch rechts-schräge Schraffur ("grün");
• das Arbeitsfluid des der Rohrleitung 22 zugeordneten Systems S22 durch waagerechte Schraffur ("blau") und
• das Arbeitsfluid des der Rohrleitung 24 zugeordneten Systems S24 durch unterbrochene Kreuzschraffur ("gelb").

[0020] 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):

• S18 in den Einheiten 10 und 14 ;
• S20 in den Einheiten 10 und 16 ;
• S22 in den Einheiten 12 und 14 ;
• S24 in den Einheiten 12 und 16 .

[0021] 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
- S18 der Stellung I; - S20 der Stellung II;
- S22 der Stellung IV und - S24 der Stellung III.

[0022] Fig. 1B zeigt den Zustand der Systeme, wenn sich die Rotoren um etwa 45^o in Uhrzeigerrichtung gedreht haben. Ein Teil der Arbeitsraumvolumina bleibt während der ersten 180^o der Umdrehung unverändert, und zwar

• der Arbeitsraum von S18 in der Einheit 10 ;
• der Arbeitsraum von S20 in der Einheit 16 ;
• der Arbeitsraum von S22 in der Einheit 14 und
• der Arbeitsraum von S24 in der Einheit 12 .

[0023] In der Einheit 10 wird der vom Arbeitsfluid des "gründen" Systems S20 eingenommene Arbeitsraum sukzessive kleiner, so daß das Arbeitsfluid durch den Anschluß 10b, durch den Wärmetauscher 26 und den Anschluß 12c in die Einheit 12 strömt, wo angrenzend an den Anschluß 12c ein sich entsprechend vergrößernder Arbeitsraum gebildet wird. Gleichzeitig wird aus der Einheit 12 Arbeitsfluid des "blauen" Systems S22 durch den Anschluß 12b, den Wärmetauscher 26 und den Anschluß 10c in die Einheit 10 verdrängt, in der angrenzend an den Anschluß 10c ein sich entsprechend vergrößernder Arbeitsraum gebildet wird. Das aus der Einheit 10 in die Einheit 12 verdrängte Arbeitsfluid des Systems S20 gibt dabei im Wärmetauscher 26 Wärme an das von der Einheit 12 in die Einheit 10 verdrängte Arbeitsfluid des Systems S22 ab.

[0024] In entsprechender Weise wird Arbeitsfluid des "roten" Systems S18 aus der Einheit 14 durch den Wärmetauscher 28 in die Einheit 16 verdrängt, während gleichzeitig Arbeitsfluid des "gelben" Systems S24 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.

[0025] 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.

[0026] Der weitere Verlauf des Arbeitszyklus dürfte aufgrund der vorstehenden Erklärung bei Betrachtung der Figuren 1C bis 1H ohne weiteres verständlich sein. Am Schluß ist wieder der Zustand gemäß Fig. 1A erreicht.

[0027] 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 S18, dessen Verlauf durch die dick ausgezogene Kurve mit einem Pfeil dargestellt ist, sinkt zwischen t₀ und t₁ 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 t₁ und t₂ 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 mittlerer Temperatur M liegende Einheit 12 verdrängt wird, wobei eine größere Temperaturänderung stattfindet, als beim Übergang zwischen 14 und 16. Die Temperaturänderungen zwischen t₂ und t₃ sowie zwischen t₃ und t₄ 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.

[0028] In Fig. 4 sind analog zu Fig. 3 die Änderungen der durch die Einheiten 10 bis 16 gebildeten Arbeitsvolumina für die Systeme S18 bis S24 dargestellt. Man sieht, daß die Summe der von den vier Einheiten 10 bis 16 gebildeten Arbeitsvolumina für jedes System zeitlich konstant ist.

[0029] Die in der Einrichtung gemäß Fig. 1 ablaufenden thermodynamischen Kreisprozesse unterscheiden sich von dem vorgeschlagenen Prozeß und vom sog. Vuilleumier-Prozeß dadurch wesentlich, daß die einer Gasmasse im 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.

[0030] Da bei den vorliegenden 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.

[0031] 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 T3 bzw. T2 betrieben werden, wobei T3 größer oder kleiner als T2 sein kann, ohne daß sich am Betrieb der Einrichtung als Wärmepumpe bzw. Kältemaschine etwas Prinzipielles ändert.

[0032] Die Einrichtungen gemäß Fig. 1 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.

[0033] Bei den Betriebsarten 1 bis 4 erfolgt die Rotordrehung in Uhrzeigerrichtung, bei den Betriebsarten 5 bis 8 in Gegenuhrzeigerrichtung.

[0034] Die Betriebsart 2 wurde oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert. Es sei angemerkt, daß dabei T3 größer, gleich oder kleiner als T2 sein kann. T4 ist größer als T3 und T2 und diese sind größer als T1.

[0035] Besonders vorteilhafte Wärmepumpen- bzw. Kältemaschinen-Betriebsarten sind auch 1 und 3, da bei Betriebsart oder Typ 1 Nutzwärme bei zwei verschiedenen Temperaturniveaus T4 und T3 abgegebenwird, während bei Betriebsart 3 sich Kälte auf einem relativ tiefen Niveau T1 und einem etwas höheren Niveau erzeugen läßt.

[0036] Die Betriebsart 8 stellt einen Wärmetransformator dar. Die Einheit 10 gibt Nutzwärme der relativ hohen Temperatur 14, die Einheit 16 Abwärme der relativ niedrigen Temperatur T1 ab, die Einheiten 12 und 14 nehmen Wärme der mittleren Temperaturen T3 bzw T2 auf, wobei





ist.

[0037] In den Betriebsarten 3 und 6 arbeitet die Einrichtung als Wärmepumpentransformator. Für die Temperaturniveaus gilt hier








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.

[0038] Weitere vorteilhafte Abwandlungen ergeben sich, wenn man die Einrichtung gem. Fig. 1 durch eine Kompressionsmaschine KM und/oder eine Expansionsmaschine EM ergänzt. Bei Fig. 1 wird die Expansionsmaschine EM beim Anschluß 10a 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 16a in die Leitung 20 eingeschaltet und gestattet es, dem System zusätzlich Energie durch mechanische Arbeit zuzuführen.

[0039] Mit Kompressions- oder Expansionsmaschine 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.

[0040] In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Einrichtung dargestellt, mit der Wärmeenergie in mechanische Arbeit, insbesondere Wellenleistung einer Turbine, umgesetzt werden kann. Die Einrichtung gemäß Figur 5 enthält zwei Rotationskolbenmaschineneinheiten 710 bzw. 712, die im wesentlichen so aufgebaut sein können, wie es in Verbindung mit Figur 1 erläutert worden war. Die Einheiten enthalten jeweils drei Rotorkammer-Anschlüsse 710a, 710b und 710c bzw. 712a, 712b und 712c, die so angeordnet sind, wie es für die entsprechenden Anschlüsse in Figur 1 erläutert worden ist. Die Anschlüsse 710a und 712a sind über eine Leitung 717 verbunden, welche eine arbeitsleistende Expansionsmaschine, z. B. eine Turbine 719 enthält. Der Anschluß 710b ist mit dem Anschluß 712c über eine Leitung 721 verbunden. Der Anschluß 712b ist mit dem Anschluß 710c 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.

[0041] 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.

[0042] Die Fig. 5A bis 5H 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. 5, 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 712d zwischen dem Messer 712d und der Dichtung 712e 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.

[0043] In der Stellung gemäß Figur 5c ist dieser Vorgang abgeschlossen, d.h. daß die linke Hälfte der Einheit 710 nun Arbeitsgas relativ hohen Druckes enthält. Das Messer 710d überläuft nun die Öffnung 710a (Figur 5C), 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 712a in Verbindung stehenden Arbeitsraum der Einheit 712 (Figur 5D) 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 dargestellt ist. In Figur 5E erreicht der Kolben 712d den Anschluß 710a, so daß das Ausströmen von Arbeitsgas relativ hohen Druckes aus dem sich vor diesem Kolben befindlichen Teil des Arbeitsraumes beendet wird. Dieser Teil des Arbeitsraumes enthält nun ein "blaues" Arbeitsgasvolumen, das durch das Abströmen des "orangen" Teiles entspannt worden ist. Das Arbeitsgasvolumen wird nun zwischen 5E und 5H in den sich zwischen der Dichtung 712e und dem Messer 712d befindlichen Teil des Arbeitsraumes übergeführt, wobei der Druck durch die Temperaturerniedrigung sinkt. In Figur 5G ist dieser Vorgang abgeschlossen.

[0044] Es ist also ersichtlich, daß das "blaue" Volumen nur zwischen den Einheiten 710 und 712 hin- und herpendelt, jedoch durch intermittierende Expansion den anderen, "orangen" Teil 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 Temperaturnive aus T_H und T_L in den Einheiten 710 und 712 ab.

[0045] Ganz entsprechende Vorgänge laufen mit entsprechender Phasenverschiebung hinsichtlich des "gelben" Pendelvolumens und des "roten" Arbeitsvolumens ab. Während bei dem oben erläuterten Prozeß das "orange" Volumen vom "blauen" bzw. "braunen" Volumen zyklisch durch die Turbine gefördert wurde, wird beim zweiten, um 180^o versetzten Prozeß, das "hote" Gasvolumen vom "gelben" bzw "grunen" Volumen durch die Turbine gefördert.

[0046] Eine Einrichtung der in Figur 5 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 elektrische Anschlüsse aufweist.

[0047] Ersetzt man die Turbine 719 durch einen Kompressor oder Verdichter entgegengesetzter Förderrichtung so ergibt sich eine Wärmepumpe bzw. Kältemaschine.

[0048] Die Ausführungsform gemäß Fig. 6 enthält vier Hubkolbeneinheiten 810, 812, 814, 816, die jeweils einen Zylinder und einen im Zylinder verschiebbar gelagerten Kolben K enthalten. Die Kolben sind bezüglich der Innenwand des jeweiligen Zylinders abgedichtet, z. B. durch O-Ringe, da an ihnen im Betrieb der Einrichtung eine Druckdifferenz auftritt. Die Kolben der Einheiten 810 und 812 sowie die Kolben der Einheiten 814 und 816 sind jeweils über eine Getriebeeinheit G starr miteinander gekoppelt, so daß sie synchrone Hubbewegungen in den jeweiligen Zylindern ausführen.

[0049] Die Einheit 810 arbeitet auf einem verhältnismäßig hohen Temperaturniveau (H), die Einheiten 812 und 814 arbeiten auf mittleren Temperaturniveaus M₁ bzw. M₂, die gleich oder auch etwas verschieden sein können. Die Einheit 816 arbeitet auf einem relativ niedrigen Temperaturniveau L.

[0050] Eine erste Arbeitsfluidleitung 818 verbindet Anschlüsse 810a, 812d an den einander entgegengesetzten, "äußeren" Enden der Zylinder der Einheiten 810 und 812 sowie Anschlüsse 814b, 816a an den einander zugewandten "inneren" Enden der Zylinder der Einheiten 814 bzw. 816. In entsprechender Weise verbindet eine zweite Arbeitsfluidleitung 820 Anschlüsse 810b, 812a an den einander gegenüberliegenden, "inneren" Enden der Einheiten 810, 812 und Anschlüsse 814a, 816b an den einander entgegengesetzten, "äußeren" Enden der Einheiten 814 bzw. 816. Die die Anschlüsse 810a und 812b sowie die Anschlüsse 810b und 812a verbindenden Teile der Leitungen 818, 820 sind durch einen Wärmetauscher 826 thermisch miteinander gekoppelt. In entsprechender Weise sind die zwischen den Anschlüssen 814b und 816a sowie den Anschlüssen 814a und 816b verlaufenden Teile der Arbeitsfluidleitungen 818, 820 durch einen Wärmetauscher 828 thermisch miteinander gekoppelt.

[0051] Die durch die Leitung 818 verbundenen Arbeitsräume in den Zylindern der Einheiten 810 bis 816 bilden ein erstes Arbeitsmittelsystem. Die durch die Leitung 820 verbundenen Arbeitsräume in den Zylindern der Einheiten 810 bis 816 bilden ein zweites, fluidmäßig vom ersten getrenntes Arbeitsfluidsystem. In den beiden Systemen laufen zwei verschiedene, gegeneinander um 360^o Kurbelwellendrehung versetzte thermodynamische Prozesse ab, zu deren Durchlaufen jeweils eine Kurbelwellendrehung von 720^o erforderlich ist. Die vom Arbeitsfluid, z. B. einem Gas, wie Helium, des ersten Systems eingenommenen Arbeitsräume sind in Fig. 6 punktiert dargestellt. Die vom Arbeitsfluid des anderen Systems eingenommenen Arbeitsräume sind in Fig. 6 weiss dargestellt. Die Kolben sind schräg schraffiert.

[0052] Die Kolben führen vorzugsweise intermittierende Bewegungen aus, d.h. daß sie jeweils während einer Kurbelwellendrehung von 90^o einen Hub ausführen und während der nächsten 90^o Kurbelwellendrehung in der am Ende der vorangegangenen Hubbewegung erreichten Extremstellung im Zylinder verharren, wobei sich die Kolben des einen Paares von Einheiten 810, 812 jeweils bewegen, während die Kolben des anderen Paares von Einheiten 814, 816 ruhen und umgekehrt. Wenn man eine gewisse Verringerung des Wirkungsgrades in Kauf nimmt, kann man auch mit einer sinusförmigen Hubbewegung der Kolben arbeiten.

[0053] In dem in Fig. 6a dargestellten Zustand befinden sich die Kolben der Einheiten 810 und 812 in der Mitte ihres Aufwärtshubes, wobei heißes Arbeitsfluid des der Leitung 818 zugeordneten ersten Systems (System A punktierte Arbeitsräume) in den unteren Teil der sich auf dem mittleren Temperaturniveau (M₁) befindenden Einheit 812 verdrängt wird. Gleichzeitig wird auf mittlerer Temperatur befindliches Arbeitsfluid des der Leitung 820 zugeordneten Systems (System B weiße Arbeitsräume) aus dem oberen Teil der Einheit 812 in den unteren Teil der "heißen" Einheit 810 verdrängt. Die verdrängten Arbeitsfluide der beiden Systeme tauschen dabei Wärme im Wärmetauscher 826 aus. Wegen der Temperaturerniedrigung sinkt der Druck im System A zwischen -90^o und +90^o zeigt.

[0054] Bei 90^o (Fig. 11b) haben die Kolben ihre Extremlage erreicht.

[0055] Im Breich von 90^o bis 270^o ruhen die Kolben in den Einheiten 810 und 812 während die Kolben in den Einheiten 814 und 816 eine Hubbewegung nach oben durchführen (Fig. 6b bis Fig. 6d). Das kalte Arbeitsfluid des Systems A wird dabei aus der "kalten" Einheit 816 in die sich auf einen mittleren Temperaturniveau M₂ befindende Einheit 814 verdrängt. Hierdurch steigt der Druck im System A an, wie die Kurve in Fig. 7 zwischen 90^o und 270^o zeigt, der Temperaturanstieg ist jedoch wegen des relativ geringen Temperaturunterschiedes zwischen den Temperaturniveaus der Einheiten 816 und 814 verhältnismäßig klein. Gleichzeitig wird das Arbeitsfluid des Systems B aus der Einheit 814 in die Einheit 816 verdrängt.

[0056] Im Bereich von 270^o bis 450^o bewegen sich die Kolben der Einheiten 810 nach unten (Fig. 6e), so daß das auf mittlerer Temperatur befindliche Arbeitsfluid aus der Einheit 812 in die sich auf hoher Temperatur befindliche Arbeitseinheit 810 verdrängt wird. Gleichzeitig wird heißes Arbeitsfluid des Systems B aus der Einheit 812 in die Einheit 810 verdrängt. Auch hier findet wiederum ein Wärmetausch im Wärmetauscher 826 statt. Die Kolben in den Einheiten 814 und 816 ruhen zwischen 270 und 450^o (Fig. 6d bis 6f).

[0057] Im Bereich zwischen 450 und 630^o der Kurbelwellendrehung ruhen die Kolben in den Einheiten 810 und 812 während die Kolben der Einheiten 814 und 816 nach oben bewegen (Fig. 6f bis 6h). Im Bereich zwischen 630^o bis 90^o des nächsten Zyklus bewegen sich dann die Kolben der Einheiten 810 und 812 wieder nach oben, während die Kolben in den Einheiten 814 und 816 ruhen. Die dabei ablaufenden Verdrängungs-, Erwärmungs- und Abkühlungsvorgänge dürften keiner weiteren Erläuterung bedürfen.

[0058] Wenn die Kolben in der anhand von Fig. 6 beschriebenen Weise angetrieben werden, arbeitet die Einrichtung gemäß Fig. 6 als Wärmepumpe bzw. Kältemaschine. Der Einheit 810 wird Wärme relativ hoher Temperatur zugeführt, die Einheit 816 nimmt Wärme relativ niedriger Temperatur auf (Kühlwärme oder hochzupumpende Wärme). Die Einheiten 812, 814 geben Wärme mittlerer Temperatur ab (Heizwärme oder Abwärme).

[0059] Kehrt man die Richtung der Wärmeströme und der Arbeitsmittelströme z. B. durch entsprechende Umkehrung der Antriebsrichtung der einzelnen Einheiten um, so arbeitet die Einrichtung gemäß Fig. 6 als Wärmetransformator, d.h. die Einheiten 812, 814 nehmen Wärme in einem mittleren Temperaturniveau auf, die Einheit 810 gibt "hochtransformierte" Netzwärme höherer Temperatur ab, während von der Einheit 816 Abwärme relativ niedriger Temperatur abgeführt werden muß.

[0060] Die Ausführungsform gemäß Fig. 6 kann analog zu Fig. 5 ebenfalls durch eine Rotationsmaschine ergänzt werden, die dann z. B. zwischen die Anschlüsse 810a und 816b geschaltet wird. Auch die Ausführungen, die in Verbindung mit Tabelle I und II gemacht werden, gelten entsprechend.

[0061] In Fig. 7 ist eine Fig. 5 entsprechende Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die zur Erzeugung mechanischer Arbeit verwendet werden kann. Die Einrichtung gemäß Fig. 7, die in den Figuren 7A bis 7D in vier verschiedenen Phasen ihres Arbeitszyklus dargestellt ist, enthält eine erste Hubkolbenmaschineneinheit 910 und eine zweite Hubkolbenmaschineneinheit 912. Die Einheit 910 enthält einen Kolben K1, der mit dem Gehäuse der Einheit zwei Arbeitsräume bildet, die auf einem verhältnismäßig hohen Temperaturniveau H arbeiten. Die zweite Einheit 912 enthält einen Kolben K2, der mit dem Gehäuse dieser Maschine ebenfalls zwei Arbeitsräume bildet, die jedoch auf einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur L arbeiten. Die Kolben K1 und K2 sind mechanisch miteinander gekoppelt, so daß sie sich synchron jeweils auf ein erstes (in Fig. 7 oberes) Ende des zugehörigen Gehäuses oder auf ein zweites (in Fig. 7 unteres) Ende des zugehörigen Gehäuses hin bewegen. Die Antriebsvorrichtung kann eine intermittierende Bewegung erzeugen, wie es anhand von Fig. 6 erläutert wurde, man kann jedoch auch mit einer simusförmigen oder anderen Hubbewegung arbeiten.

[0062] Das obere, erste Ende der ersten Einheit 910 ist über einen Anschluß 910aa und eine Arbeitsfluidleitung 921 mit einem Anschluß 912ba am zweiten, unteren Ende der Einheit 912 verbunden. Ferner ist das zweite, untere Ende der Einheit 910 über einen Anschluß 910ba über eine Arbeitsfluidleitung 923 mit einem Anschluß 912aa am ersten, oberen Ende der Einheit 912 verbunden. Die Leitungen 921, 923 können durch einen Wärmetauscher 926 thermisch miteinander gekoppelt sein.

[0063] Ferner ist das erste Ende der ersten Einheit 910 über einen Anschluß 910ab und eine dritte Arbeitsfluidleitung 917, die eine Arbeitsmaschine, wie eine Expansionsmaschine, z. B. eine Turbine 931 enthält, mit einem Anschluß 912ba am ersten Ende der Einheit 912 verbunden und/oder das zweite, untere Ende der ersten Einheit 910 ist über einen Anschluß 910bb und ein Arbeitsfluidleitung 919, die eine zweite Arbeitsmaschine, wie eine Expansionsmaschine, z. B. eine Turbine 933 enthält, mit einem Anschluß 912bb am zweiten Ende der Einheit 912 gekoppelt. Den Turbinen kann Wellenleistung entommen werden, d.h. die Einrichtung gemäß Fig. 7 kann als Motor dienen. Im übrigen gelten die Ausführungen, die bezüglich Fig. 5 gemacht worden sind.

[0064] Durch Aneinanderreihen mehrerer, phasenverschoben verarbeitender Einrichtungen gemäß Fig. 7 läßt sich gewünschtenfall ein gleichmäßigerer Lauf erreichen. Die entsprechenden Turbinen der gekoppelten, phasenverschoben arbeitenden Einrichtungen können dann auf einer gemeinsamen Welle sitzen.

Ansprüche

1. Einrichtung zur Nutzbarmachung von Wärmeenergie mit einem geschlossenen Fluid-Kreislauf, bei dem das Volumen des Arbeitsfluids über den gesamten Arbeitszyklus konstant bleibt, mit mindestens zwei Kolbenmaschineneinheiten, die mindestens vier Arbeitsräume mit variablem Volumen bilden; ferner mit einem Leitungssystem, das die mindestens vier Arbeitsräume miteinander verbindet, mit einer Antriebsvorrichtung zum Antrieb von Kolben der Kolbenmaschineneinheiten, wobei die Antriebsvorrichtung und das Leitungssystem so ausgebildet sind, daß das Volumen der miteinander kommunizierenden Arbeitsräume bei der Bewegung der Kolben konstant bleibt, und mit einer Vorrichtung zur Zu- und Abfuhr von Wärme zu den Kolbenmaschineneinheiten, dadurch gekennzeichnet, daß

- vier Kolbenmaschineneinheiten mit jeweils einem ersten Arbeitsraum vorgesehen sind,

- daß die Vorrichtungen zur Zu- und Abfuhr von Wärme so ausgebildet sind, daß das ganze Gehäuse jeder Kolbenmaschineneinheit jeweils auf einem einheitlichen Temperaturniveau arbeitet, wobei die Vorrichtungen zur Zu- und Abfuhr von Wärmeenergie so ausgebildet sind, daß den Kolbenmaschineneinheiten je nach Betriebsart gemäß der folgenden Tabelle Wärmeenergie zugeführt (+) bzw. entnommen (-) wird:

- daß die Kolben der ersten und der zweiten Kolbenmaschineneinheit (10, 12; 810, 812) von der Antriebsvorrichtung synchron und gleichphasig angetrieben werden, so daß sich das Volumen des ersten Arbeitsraumes (entsprechend Anschluß 10b bzw. 810a) der ersten Kolbenmaschineneinheit (10; 810) invers zum Volumen des ersten Arbeitsraumes (entsprechend Anschluß 12c bzw. 812b) der zweiten Kolbenmaschineneinheit (12; 812) ändert, und

- daß die Kolben der dritten und der vierten Kolbenmaschineneinheit (14, 16; 814, 816) von der Antriebsvorrichtung synchron und gleichphasig, jedoch bezüglich der Kolben der ersten oder zweiten Kolbenmaschineneinheit (10, 12; 810, 812) phasenverschoben angetrieben werden, so daß sich das Volumen des ersten Arbeitsraumes (entsprechend Anschluß 14b bzw. 814b) der dritten Kolbenmaschineneinheit (14; 814) invers zum Volumen des ersten Arbeitsraumes (entsprechend Anschluß 16c bzw. 816a) der vierten Kolbenmaschineneinheit (16, 816) ändert,

- wobei die Kolben bei den Betriebsarten 5 bis 8 im entgegengesetzten Sinne angetrieben werden, wie bei den Betriebsarten 1 bis 4.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenmaschineneinheiten Hubkolbenmaschineneinheiten (810, 812, 814, 816; Fig. 6) sind und jeweils noch einen zweiten Arbeitsraum enthalten und daß die zweiten Arbeitsräume durch ein zweites Leitungssystem (820) miteinander verbunden sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine die ersten Arbeitsräume der ersten und der zweiten Kolbenmaschineneinheit (10, 12, Fig. 1; 810, 812, Fig. 6) verbindende erste Leitung (oberer Teil von 20 bzw. 818 in Fig. 1 bzw. 6) und eine die zweiten Arbeitsräume der ersten und der zweiten Kolbenmaschineneinheit (10, 12; 810, 812) verbindende zweite Leitung (oberer Teil von 22 bzw. 820) durch einen ersten Wärmetauscher (26, 826) thermisch gekoppelt sind und daß eine die ersten Arbeitsräume der der dritten und der vierten Kolbenmaschineneinheit (14, 16 bzw. 814, 816) verbindende dritte Leitung (unterer Teil von 18 bzw. 818) und eine die zweiten Arbeitsräume der dritten und der vierten Kolbenmaschineneinheit (14, 814; 16, 816) verbindende vierte Leitung (unterer Teil von 24 bzw. 820) durch einen zweiten Wärmetauscher (28, 828) thermisch miteinander gekoppelt sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenmaschineneinheiten Rotationskolbenmaschineneinheiten (10, 12, 14, 16 in Fig. 1) sind, deren Gehäuse jeweils eine im wesentlichen zylindrische Rotorkammer bildet und als Kolben einen drehbar angeordneten, im wesentlichen zylindrischen Rotor enthält; daß der Rotor mindestens zwei bezüglich des Gehäuses abdichtende Elemente (13) aufweist, daß mindestens eine bezüglich des Gehäuses feste Abdichtung (11) zwischen Gehäuse und Rotor vorgesehen ist; daß jede Rotorkammer mindestens ein Tripel von Anschlüssen (10a, 10b, 10c,...) für Arbeitsfluid-Leitungen aufweist, von denen der erste (10a) jeweils von der benachbarten gehäusefesten Abdichtung (11) einen Winkelabstand hat, der gleich 180° geteilt durch die Anzahl der Abdichtungen ist und daß der zweite und der dritte Anschluß (10b, 10c) bei vorgegebener Rotordrehrichtung unmittelbar vor bzw. unmittelbar hinter einer zugehörigen gehäusefesten Abdichtung (11) liegt; daß der erste Anschluß (10a) der ersten Rotationskolbenmaschineneinheit (10) durch eine sich verzweigende erste Arbeitsfluid-Leitung (18) mit dem zweiten Anschluß (14b) der dritten Rotationskolbenmaschineneinheit (14) und dem dritten Anschluß (16c) der vierten Rotationskolbenmaschineneinheit (16) verbunden ist; daß der erste Anschluß (12a) der zweiten Rotationskolbenmaschineneinheit (12) über eine sich verzweigende zweite Arbeitsfluid-Leitung (24) mit dem zweiten Anschluß (16b) der vierten Rotationskolbenmaschineneinheit (16) sowie dem dritten Anschluß (14c) der dritten Rotationskolbenmaschineneinheit (14) verbunden ist; daß der erste Anschluß (14a) der dritten Rotationskolbenmaschineneinheit (14) über eine sich verzweigende dritte Arbeitsfluidleitung (22) mit dem zweiten Anschluß (12b) der zweiten Rotationskolbenmaschineneinheit (12) und dem dritten Anschluß (10c) der ersten Rotationskolbenmaschineneinheit (10) verbunden ist; und daß der erste Anschluß (16a) der vierten Rotationskolbenmaschineneinheit (16) über eine sich verzweigende vierte Arbeitsfluid-Leitung (20) mit dem zweiten Anschluß (10b) der ersten Rotationskolbenmaschineneinheit (10) sowie dem dritten Anschluß (12c) der zweiten Rotationskolbenmaschineneinheit (12) verbunden ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem dem ersten Anschluß (10a) der ersten Rotationskolbenmaschineneinheit (10) benachbarten Teil der ersten Arbeitsfluid-Leitung (18) und/oder in dem dem ersten Anschluß (16a) der vierten Rotationskolbenmaschineneinheit (16) benachbarten Teil der vierten Arbeitsfluid-Leitung (20) eine Arbeit aufnehmende Kompressionsmaschine oder Arbeit leistende Expansionsmaschine angeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zur Zu- und Abfuhr von Wärmeenergie so ausgebildet sind, daß den Rotationskolbenmaschineneinheiten je nach Betriebsart gemäß der folgenden Tabelle Wärmeenergie zugeführt (+) bzw. entnommen (-) wird, 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:

7. Einrichtung zur Nutzbarmachung von Wärmeenergie mit einem geschlossenen Fluid-Kreislauf, bei dem das Volumen des Arbeitsfluids über den gesamten Arbeitszyklus konstant bleibt, mit mindestens zwei Kolbenmaschineneinheiten, die mindestens vier Arbeitsräume mit variablem Volumen bilden; ferner mit einem Leitungssystem, das die mindestens vier Arbeitsräume miteinander verbindet, mit einer Antriebsvorrichtung zum Antrieb von Kolben der Kolbenmaschineneinheiten, wobei die Antriebsvorrichtung und das Leitungssystem so ausgebildet sind, daß das Volumen der miteinander kommunizierenden Arbeitsräume bei der Bewegung der Kolben konstant bleibt, und mit Vorrichtungen zur Zu- und Abfuhr von Wärmeenergie zu den bzw. von den Kolbenmaschineneinheiten, dadurch gekennzeichnet,

- daß die beiden Kolbenmaschineneinheiten Rotationskolbenmaschineneinheiten (710, 712) sind, deren Gehäuse jeweils eine im wesentlichen zylindrische Rotorkammer bildet, als Kolben einen drehbar angeordneten, im wesentlichen zylindrischen Rotor enthält, welcher mindestens ein Paar diametraler, bezüglich des Gehäuses abdichtender Elemente enthält, und mindestens eine stationäre Abdichtung bezüglich des Rotors sowie mindestens ein Tripel von Anschlüssen (710a, 710b, 710c; 712a, 712b, 712c) für Arbeitsfluid-Leitungen aufweist, von denen der erste (710a) von jeder benachbarten gehäusefesten Abdichtung einen Winkelabstand hat, der gleich 180° geteilt durch die Anzahl der Abdichtungen ist und daß der zweite und der dritte Anschluß (710b, 710c; 712b, 712c) bei vorgegebener Rotordrehrichtung unmittelbar vor bzw. unmittelbar hinter einer zugehörigen gehäusefesten Abdichtung liegt,

- daß die Vorrichtungen zur Zu- und Abfuhr von Wärme so ausgebildet sind, daß das ganze Gehäuse jeder Rotationskolbenmaschineneinheit jeweils auf einem einheitlichen Temperaturniveau arbeitet,

- daß der erste Anschluß (710a) der ersten Rotationskolbenmaschineneinheit (710) mit dem ersten Anschluß (712a) der zweiten Rotationskolbenmaschineneinheit (712) über eine erste Arbeitsfluid-Leitung (717) verbunden ist, die eine Kompressions- oder Expansionsmachine (719) enthält; daß der zweite Anschluß (710b) der ersten Rotationskolbenmaschineneinheit (710) über eine zweite Arbeitsfluid-Leitung (721) mit dem dritten Anschluß (712c) der zweiten Rotationskolbenmaschineneinheit (712) verbunden ist und daß der dritte Anschluß (710c) der ersten Rotationskolbenmaschineneinheit (710) über eine dritte Arbeitsfluid-Leitung (723) mit dem zweiten Anschluß (712b) der zweiten Rotationskolbenmaschineneinheit (712) verbunden ist,

- daß die Rotoren der ersten und der zweiten Rotationskolbenmaschineneinheit von der Antriebsvorrichtung synchron und gleichphasig angetrieben werden, so daß sich das Volumen des ersten Arbeitsraumes (entsprechend Anschluß 710b) der ersten Rotationskolbenmaschineneinheit invers zum Volumen des ersten Arbeitsraumes (entsprechend Anschluß 712c) der zweiten Rotationskolbenmaschineneinheit (712) ändert, und sich das Volumen des zweiten Arbeitsraumes (entsprechend Anschluß 710c) der ersten Rotationskolbenmaschineneinheit (710) invers zum Volumen des zweiten Arbeitsraumes (entsprechend Anschluß 712b) der zweiten Rotationskolbenmaschineneinheit (712) ändert.

8. Einrichtung zur Nutzbarmachung von Wärmeenergie mit einem geschlossenen Fluid-Kreislauf, bei dem das Volumen des Arbeitsfluids über den gesamten Arbeitszyklus konstant bleibt, mit mindestens zwei Kolbenmaschineneinheiten, die mindestens vier Arbeitsräume mit variablem Volumen bilden; ferner mit einem Leitungssystem, das die mindestens vier Arbeitsräume miteinander verbindet, mit einer Antriebsvorrichtung zum Antrieb von Kolben der Kolbenmaschineneinheiten, wobei die Antriebsvorrichtung und das Leitungssystem so ausgebildet sind, daß das Volumen der miteinander kommunizierenden Arbeitsräume bei der Bewegung der Kolben konstant bleibt, und mit Vorrichtungen zur Zu- und Abfuhr von Wärmeenergie zu den bzw. von den Kolbenmaschineneinheiten, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Kolbenmaschineneinheiten Hubkolbenmaschineneinheiten (910, 912) sind, deren Gehäuse jeweils einen Arbeitszylinder bildet, welcher einen Kolben (K1 bzw. K2) enthält und jeweils an einem ersten und einem zweiten, dem ersten entgegengesetzten Ende Anschlüsse (910aa, 910ab, 910ba, 910bb bzw. 912aa, 912ab; 912ba, 912bb) für Arbeitsfluid-Leitungen (917, 919, 921, 923) aufweist;

- daß die Vorrichtungen zur Zu- und Abfuhr von Wärme so ausgebildet sind, daß das ganze Gehäuse jeder Hubkolbenmaschineneinheit jeweils auf einem einheitlichen Temperaturniveau arbeitet,

- daß die Kolben (K1, K2) der beiden Hubkolbenmaschineneinheiten (910, 912) von der Antriebsvorrichtung synchron und gleichphasig derart angetrieben werden, daß sie sich jeweils beide synchron zum ersten bzw. zweiten Ende bewegen;

- daß ein Anschluß (910ab) am ersten Ende der ersten Kolbenmaschineneinheit (910) mit einem Anschluß (912ba) am ersten Ende der zweiten Kolbenmaschineneinheit (912) über eine erste Arbeitsfluid-Leitung (917) verbunden ist, die eine Kompressions- oder Expansionsmachine (919) enthält;

- daß ein Anschluß (910bb) am zweiten Ende der ersten Kolbenmaschineneinheit (910) über eine zweite Arbeitsfluid-Leitung (919), die eine zweite Kompressions- oder Expansionsmaschine (933) enthält, mit einem Anschluß (912bb) am zweiten Ende der zweiten Kolbenmaschineneinheit (912) verbunden ist;

- daß ein Anschluß (910aa) am ersten Ende der ersten Kolbenmaschineneinheit (910) über eine dritte Arbeitsfluid-Leitung (921) mit einem Anschluß (912ba) am zweiten Ende der zweiten Kolbenmaschineneinheit (912) verbunden ist

- und daß ein Anschluß (910ba) am zweiten Ende der ersten Kolbenmaschineneinheit über eine vierte Arbeitsfluid-Leitung (923) mit einem Anschluß (912aa) am ersten Ende der zweiten Kolbenmaschineneinheit verbunden ist.

Claims

1. Installation for harnessing thermal energy with a closed fluid circuit, in which the volume of the working fluid remains constant throughout the entire working cycle, with at least two piston engine units which form at least four working spaces with variable volume; further with a conduit system interconnecting the at least four working spaces, with a drive device for propelling pistons of the piston engines, the drive device and the conduit system being so designed that the volume of the working spaces which communicate with each other remains constant during movement of the pistons, and with a device for feed and removal of heat to and from the piston engine units, characterised in that:

- four piston engine units are each provided with a first working space,

- in that the devices for feed and removal of heat are so designed that the entire casing of each piston engine unit operates at a uniform temperature level, the devices for feed and removal of thermal energy being so designed that, depending on the type of operation, thermal energy is fed to (+) or removed from (-)the piston engine units according to the following table:

- in that the pistons of the first and second piston engine units (10, 12; 810, 812) are propelled by the drive device synchronously and with the same phase, so that the volume of the first working space (in accordance with connection 10b or 810a) of the first piston engine unit (10; 810) changes inversely to the volume of the first working space (in accordance with connection 12c or 812b) of the second piston engine unit (12; 812), and

- in that the pistons of the third and of the fourth piston engine units (14, 16; 814, 816) are propelled by the drive device synchronously and with the same phase, yet with offset phasing relative to the pistons of the first or second piston engine unit (10, 12; 810, 812), so that the volume of the first working space (in accordance with connection 14b or 814b) of the third piston engine unit (14; 814) changes inversely to the volume of the volume of the first working space (in accordance with connection 16c or 816a) of the fourth piston engine unit (16, 816),

- the pistons in operational types 5 to 8 being propelled in the opposite direction to that of operational types 1 to 4.

2. Installation according to claim 1, characterised in that the piston engine units are reciprocating piston engine units (810, 812, 814, 816; Fig. 6), and in that the second working spaces are interconnected by a second conduit system (820).

3. Installation according to claim 1 or 2, characterised in that a first conduit (upper portion of 20 or 818 in Fig. 1 or Fig. 6), connecting the first working spaces of the first and of the second piston engine units (10, 12, Fig. 1; 810, 812, Fig. 6), and a second conduit (upper portion of 22 or 820) connecting the second working spaces of the first and of the second piston engine units (10, 12; 810, 812), are thermally coupled by a first heat-exchanger (26, 826), and in that a third conduit (lower portion of 18 or 818) connecting the first working spaces of the third and of the fourth piston engine units (14, 16 or 814, 816), and a fourth conduit (lower portion of 24 or 820) connecting the second working spaces of the third and of the fourth piston engine units (14, 814; 16, 816), are thermally interconnected by a second heat-exchanger (28, 828).

4. Installation according to claim 1, characterised in that the piston engine units are rotary piston engine units (10, 12, 14, 16 in Fig. 1), whose casings each form a substantially cylindrical rotor chamber and contain as a piston a rotarily-disposed, substantially cylindrical rotor; in the the rotor has at least two elements (13) providing a seal with respect to the casing, in that at least one seal (11), stationary with respect to the casing, is provided between casing and rotor; in that each rotor chamber contains at least one set of three connections (10a, 10b, 10c...) for working fluid conduits, of which the first (10a) in each case is at an angular distance from the adjacent seal (11) stationary on the casing which is equal to 180^o divided by the number of seals, and in that the second and third connections (10b, 10c), with a given rotational direction of the rotor, lies directly in front of or directly behind an associated seal (11) stationary with the casing; in that the first connection (10a) of the first rotary piston engine unit (10) is connected by a branching first working fluid conduit (18) to the first connection (14b) of the third rotary piston engine unit (14) and to the third connection (16c) of the fourth rotary piston engine unit (16); in that the first connection (12a) of the second rotary piston engine unit (12) is connected by a branching second working fluid conduit (24) to the second connection (16b) of the fourth rotary piston engine unit (16), and to the third connection (14c) of the third rotary piston engine unit (14); in that the first connection (14a) of the third rotary piston engine unit (14) is connected by a branching third working fluid conduit (22) to the second connection (12b) of the second rotary piston engine unit (12) and to the third connection (10c) of the first rotary piston engine unit (10), and in that the first connection (16a) of the fourth rotary piston engine unit (16) is connected by a branching fourth working fluid conduit (20) to the second connection (10b) of the first rotary piston engine unit (10), and to the third connection (12c) of the second rotary piston engine unit (12).

5. Installation according to claim 4, characterised in that there is disposed, in the portion of the first working fluid conduit (18) adjacent to the first connection (10a) of the first rotary piston engine unit (10), and/or in the portion of the fourth working fluid conduit (20) adjacent to the first connection (16a) of the fourth rotary piston engine unit (16), a compression engine absorbing work, or an expansion engine generating work.

6. Installation according to claim 5, characterised in that the devices for feed and removal of thermal energy are so designed that, depending on the type of operation, thermal energy is fed to (+) or removed from (-)the piston engine units according to the following table, a plus sign in the line (W) meaning that work is being fed to the system via a compression engine (KM), whereas a minus sign in this line means the removal of energy from the system by an expansion engine (EM):

7. Installation for harnessing thermal energy with a closed fluid circuit, in which the volume of the working fluid remains constant throughout the entire working cycle, with at least two piston engine units which form at least four working spaces with variable volume; further with a conduit system interconnecting the at least four working spaces, with a drive device for propelling pistons of the piston engines, the drive device and the conduit system being so designed that the volume of the working spaces which communicate with each other remains constant during movement of the pistons, and with devices for feed and removal of heat to or from the piston engine units, characterised in that:

- the two piston engine units are rotary piston engine units (710, 712), whose casings each form a substantially cylindrical rotor chamber, and contains as a piston a rotarily-disposed substantially cylindrical rotor which contains at least one pair of diametral elements providing a seal with respect to the casing, and at least one stationary seal with respect to the rotor, and at least one set of three connections (710a, 710b, 710c; 712a, 712b, 712c) for working fluid conduits, of which the first (710a) is at an angular distance from each adjacent seal stationary on the casing which is equal to 180^o divided by the number of seals, and in that the second and third seals (710b, 710c; 712b, 712c), with a given rotational direction of the rotor, lie directly in front of or directly behind an associated seal stationary on the casing,

- in that the devices for feed and removal of heat are so designed that the entire casing of each rotary piston engine unit each operates at a uniform temperature level,

- in that the first connection (710a) of the first rotary piston engine unit (710) is connected to the first connection (712a) of the second rotary piston engine unit (712) by a first working fluid conduit (717), which contains a compression or expansion engine; in that the second connection (710b) of the first rotary piston engine unit (710) is connected by a second working fluid conduit (721) to the third connection (712c) of the second rotary piston engine unit (712), and in that the third connection (710c) of the first rotary piston engine unit (710) is connected by a third working fluid conduit (723) to the second connection (712b) of the second rotary piston engine unit (712),

- in that the rotors of the first and of the second rotary piston engine unit are propelled by the drive device synchronously and with the same phase, so that the volume of the first working space (in accordance with connection 710b) of the first rotary piston engine unit changes inversely to the volume of the first working space (in accordance with connection 712c) of the second rotary piston engine unit (712), and the volume of the second working space (in accordance with connection 710c) of the first rotary piston engine unit (710) changes inversely to the volume of the second working space (in accordance with connection 712b) of the second rotary piston engine unit (712).

8. Installation for harnessing thermal energy with a closed fluid circuit, in which the volume of the working fluid remains constant throughout the entire working cycle, with at least two piston engine units which form at least four working spaces with variable volume; further with a conduit system interconnecting the at least four working spaces, with a drive device for propelling pistons of the piston engines, the drive device and the conduit system being so designed that the volume of the working spaces which communicate with each other remains constant during movement of the pistons, and with devices for feed and removal of heat to or from the piston engine units, characterised in that:

- the piston engine units are reciprocating piston engine units (910, 912), whose casings each form a working cylinder which contains a piston (K1 or K2), and has at a first and and at a second end opposite said first end connections (910aa, 910ab, 910ba, 910bb or 912aa, 912ab; 912ba, 912bb) for working fluid conduits (917, 919, 921, 923);

- in that the devices for feed and removal of heat are so designed that the entire casing of each reciprocating piston engine unit operates at a uniform temperature level,

- in that the pistons (K1, K2) of the two reciprocating piston engine units (910, 912) are propelled by the drive device synchronously and with the same phase, in such a way that they both move synchronously to the first or to the second end;

- in that a connection (910ab) on the first end of the first piston engine unit (910) is connected to a connection (912ba) on the first end of the second piston engine unit (912) by a first working fluid conduit (917), which contains a compression or expansion engine (919);

- in that a connection (910bb) on the second end of the first piston engine unit (910) is connected by a second working fluid conduit (919) containing a compression or expansion engine (933), to a connection (912bb) on the second end of the second piston engine unit;

- in that a connection (910aa) on the first end of the first piston engine unit (910) is connected by a third working fluid conduit (921) to a connection (912ba) at the second end of the second piston engine unit (912),

- and in that a connection (910ba) on the second end of the first piston engine unit is connected by a fourth working fluid conduit (923) to a connection (912aa) on the first end of the second piston engine unit.

Revendications

1. Dispositif pour la valorisation d'énergie calorifique, comportant un fluide en circuit fermé, pour lequel le volume du fluide de travail reste constant sur tout le cycle de travail, comportant au moins deux unités de machines à pistons, qui forment au moins quatre enceintes de travail de volume variable; comportant, de plus, un système de conduites reliant entre elles les enceintes de travail, au moins au nombre de quatre, comportant un dispositif d'entraînement pour entraîner les pistons des unités de machine, étant entendu que le dispositif d'entraînement et le système de conduites sont réalisés de façon que le volume des enceintes de travail communiquant entre elles reste constant quand les pistons se déplacent, et comportant un dispositif d'alimentation et d'évacuation de chaleur vers les unités de machines à pistons, caractérisé en ce que

- quatre unités des machines à pistons, comportant chacune une première enceinte de travail sont prévues,

- en ce que les dispositifs d'alimentation et d'évacuation de chaleur sont réalisés de façon que tout le carter de chaque unité de machine à piston travaille à un niveau de température uniforme propre à l'unité, les dispositifs d'alimentation et d'évacuation d'énergie calorifique étant réalisés de façon que de l'énergie calorifique soit fournie (+) aux unités de machines à pistons ou leur soit reprise (-), en fonction de chaque type de fonctionnement, suivant le tableau ci-après :

- en ce que les pistons de la première et de la deuxième unité de machine à piston (10, 12; 810, 812) sont entraînés par le dispositif d'entraînement en synchronisation et en phase, de telle façon que le volume de la première enceinte de travail (correspondant respectivement au raccordement 10b et 810a) de la première unité de machine à piston (10; 810) se modifie en sens inverse du volume de la première enceinte de travail (correspondant respectivement au raccordement 12c et 812b) de la deuxième unité de machine à piston (12; 812), et

- en ce que les pistons de la troisième et de la quatrième unité de machine à piston (14, 16; 814, 816) sont entraînés par le dispositif d'entraînement en synchronisation et en phase, mais toutefois avec un décalage de phase par rapport aux pistons de la première et de la deuxième unité de machine à piston (10, 12; 810, 812), de telle façon que le volume de la première enceinte de travail (correspondant respectivement au raccordement 14b et 814b) de la troisième unité de machine à piston (14; 814) se modifie en sens inverse du volume de la première enceinte de travail (correspondant respectivement au raccordement 16c et 816b) de la quatrième unité de machine à piston (16; 816),

- étant entendu que les pistons, dans le cas des types de fonctionnement 5 à 8, sont entraînés dans des sens opposes à ceux des types de fonctionnement 1 à 4.

2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les unités de machines à pistons sont des unités de machines à pistons alternatifs (810, 812, 814, 816; fig. 6), et comportent chacune, en plus, une deuxième enceinte de travail, et en ce que les deuxièmes enceintes de travail sont raccordées entre elles par un deuxième système de canalisations (820).

3. Dispositif suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'une première canalisation (partie supérieure respectivement de 20 et de 818 sur les figures 1 et 6), reliant les premières enceintes de travail de la première et de la deuxième unité de machine à piston (10, 12, figure 1; 810, 812, fig.6), et une deuxième canalisation (partie supérieure respectivement de 22 et de 820), reliant les deuxièmes enceintes de travail de la première et de la deuxième unité de machine à piston (10, 12; 810, 812), sont couplées thermiquement au moyen d'un premier échangeur de température (26, 826) et en ce qu'une troisième canalisation (partie inférieure respectivement de 18 et de 818), reliant les premières enceintes de travail de la troisième et de la quatrième unité de machine à piston (respectivement 14, 16 et 814, 816), et une quatrième canalisation (partie inférieure respectivement de 24 et de 820), reliant les deuxièmes enceintes de travail de la troisième et de la quatrième unité de machine à piston (14, 814; 16, 816), sont couplées thermiquement au moyen d'un deuxième échangeur de température (28, 828).

4. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les unités des machines à pistons sont des unités des machines à pistons rotatifs (10, 12, 14, 16 sur la figure 1), dont chacun des carters concernés forme une chambre de rotor essentiellement cylindrique et contient, comme piston, un rotor essentiellement cylindrique, monté tournant; en ce que le rotor comporte lui-même au moins deux organes (13) assurant l'étanchéité par rapport au carter; en ce qu'au moins un organe d'étanchéité (11), fixe par rapport au rotor est prévu entre le carter et le rotor; en ce que chaque chambre de rotor comporte au moins un triplet de raccordements (10a, 10b, 10c,...) pour des canalisations de fluide de travail, dont le premier raccordement (10a) présente, par rapport à chaque organe d'étanchéité voisin concerné, fixé sur le carter, une distance angulaire qui est égale à 180° divisé par le nombre des organes d'étanchéité, et en ce que le deuxième et troisième raccordement (10b, 10c) se trouvent, suivant la direction déterminée de la rotation du rotor, respectivement juste avant ou juste après un organe d'étanchéité associé, fixe par rapport au carter, en ce que le premier raccordement (10a) de la première unité de machine à piston rotatif (10) est relié au deuxième raccordement (14b) de la troisième unité de machine à piston rotatif (14) et au troisième raccordement (16c) de la quatrième unité de machine à piston rotatif (16), au moyen d'une première canalisation (18) de fluide de travail, qui se sépare en deux branches; en ce que le premier raccordement (12a) de la deuxième unité de machine à piston rotatif (12) est raccordé au deuxième raccordement (16b) de la quatrième unité de machine à piston rotatif (16), ainsi qu'au deuxième raccordement (14c) de la troisième unité de machine à piston rotatif (14), au moyen d'une deuxième canalisation (24) de fluide de travail qui se divise en deux branches; en ce que le premier raccordement (14a) de la troisième unité de machine à piston rotatif (14) est relié au deuxième raccordement (12b) de la deuxième unité de machine à piston rotatif (12) et au troisième raccordement (10c) de la première unité de machine à piston rotatif (10) au moyen d'une troisième canalisation (22) de fluide de travail, qui se divise en deux branches; et en ce que le premier raccordement (16a) de la quatrième unité de machine à piston rotatif (16) est relié au deuxième raccordement (10b) de la première unité de machine à piston rotatif (10) et au troisième raccordement (12c) de la deuxième unité de machine à piston rotatif (12) au moyen d'une quatrième canalisation (20) de fluide de travail, qui se divise en deux branches.

5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que, dans la partie de la première canalisation de fluide de travail (18), voisine du premier raccordement (10a) de la première unité de machine à piston rotatif (10) et/ou dans la partie de la quatrième canalisation de fluide de travail (20), voisine du premier raccordement (16a) de la quatrième unité de machine à piston rotatif (16), est disposée une machine de compression absorbant du travail ou une machine d'expansion fournissant du travail.

6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les dispositifs d'alimentation et d'évacuation d'énergie calorifique sont réalisés de façon que de l'énergie calorifique soit fournie (+) aux unités de machines à pistons rotatifs ou leur soit reprise (-), en fonction de chaque type de fonctionnement, suivant le tableau ci-dessous, étant entendu qu'un signe (+) sur la ligne (W) signifie que du travail est fourni au système au moyen d'une machine de compression (KM), tandis qu'un signe (-) sur cette ligne signifie que du travail est repris au système au moyen d'une machine d'expansion (EM). :

7. Dispositif pour la valorisation d'énergie calorifique, comportant un fluide en circuit fermé, pour lequel le volume du fluide de travail reste constant sur tout le cycle de travail, comportant au moins deux unités de machines à pistons, qui forment au moins quatre enceintes de travail de volume variable; comportant, de plus, un système de conduites reliant entre elles les enceintes de travail, au moins au nombre de quatre, comportant un dispositif d'entraînement pour entraîner les pistons des unités de machine, étant entendu que le dispositif d'entraînement et le système de conduites sont réalisés de telle façon que le volume des enceintes de travail communiquant entre elles reste constant quand les pistons se déplacent, et comportant un dispositif d'alimentation et d'évacuation d'énergie calorifique vers les unités de machines à pistons, caractérisé en ce que

- les deux unités de machines à pistons sont des unités des machines à pistons rotatifs (710, 712), dont chacun des carters forme une chambre de rotor essentiellement cylindrique et contient, comme piston, un rotor essentiellement cylindrique, qui comporte lui-même au moins une paire d'organes disposés suivant le diamètre et assurant l'étanchéité par rapport au carter, et au moins un organe d'étanchéité stationnaire par rapport au rotor, ainsi qu'au moins un triplet de raccordements (710a, 710b, 710c; 712a, 712b, 712c) pour des canalisations de fluide de travail, dont le premier raccordement (710a) présente, par rapport à chaque organe d'étanchéité voisin concerné, fixé sur le carter, une distance angulaire qui est égale à 180° divisé par le nombre des organes d¹étanchéité, et en ce que le deuxième et troisième raccordement (710b, 710c; 712b, 712c) se trouvent respectivement juste avant ou juste après un organe d'étanchéité associé, fixe par rapport au carter.

- en ce que les dispositifs d'alimentation et d'évacuation de chaleur sont réalisés de façon que tout le carter de chaque unité de machine à piston travaille à un niveau de température uniforme propre à l'unité.

- en ce que le premier raccordement (710a) de la première unité de machine à piston rotatif (710) est raccordé au premier raccordement de la deuxième unité de machine à piston rotatif (712) au moyen d'une première canalisation (717) de fluide de travail, qui comporte une machine de compression ou une machine d'expansion (719); en ce que le deuxième raccordement (710b) de la première unité de machine à piston rotatif (710) est raccordé au troisième raccordement (712c) de la deuxième unité de machine à piston rotatif (712) au moyen d'une deuxième canalisation (721) de fluide de travail et en ce que le troisième raccordement (710c) de la première unité de machine à piston rotatif (710) est raccordé au deuxième raccordement (712b) de la deuxième unité de machine à piston rotatif (712) au moyen d'une troisième canalisation (723) de fluide de travail.

- en ce que les rotors de la première et de la deuxième unité de machine à piston rotatif sont entraînés par le dispositif d'entraînement en synchronisation et en phase, de telle façon que le volume de la première enceinte de travail (correspondant au raccordement 710b) de la première unité de machine à piston rotatif se modifie en sens inverse du volume de la première enceinte de travail (correspondant au raccordement 712c) de la deuxième unité de machine à piston rotatif (712), et que le volume de la deuxième enceinte de travail (correspondant au raccordement 710c) de la première unité de machine à piston rotatif (710) se modifie en sens inverse du volume de la deuxième enceinte de travail (correspondant au raccordement 712b) de la deuxième unité de machine à piston rotatif (712).

8. Dispositif pour la valorisation d'énergie calorifique, comportant un fluide en circuit fermé, pour lequel le volume du fluide de travail reste constant sur tout le cycle de travail, comportant au moins deux unités de machines à pistons, qui forment au moins quatre enceintes de travail de volume variable; comportant, de plus, un système de conduites reliant entre elles les enceintes de travail, au moins au nombre de quatre, comportant un dispositif d'entraînement pour entraîner les pistons des unités de machine, étant entendu que le dispositif d'entraînement et le système de conduites sont réalisés de telle façon que le volume des enceintes de travail communiquant entre elles reste constant quand les pistons se déplacent, et comportant un dispositif d'alimentation et d'évacuation d'énergie calorifique vers les unités de machines à pistons, caractérisé en ce que

- les unités des machines à pistons sont des unités de machines à pistons alternatifs (910, 912), dont les carters constituent chacun un cylindre de travail, qui contient un piston (respectivement K1 et K2) et qui présente, à une première extrémité et à une deuxième extrémité, opposée à la première, des raccordements (respectivement 910aa, 910ab, 910ba, 910bb, et 912aa, 912ab, 912ba, 912bb) pour des conduites de fluide de travail (917, 919, 921, 923);

- en ce que les dispositifs d'alimentation et d'évacuation de chaleur sont réalisés de façon que la totalité de chaque carter de chaque unité de machine à piston alternatif travaille à un niveau de température propre a l'unité.

- en ce que les pistons (K1, K2) des deux unités de machines à pistons alternatifs (910, 912) sont entraînés par le dispositif d'entraînement en synchronisation et en phase, de telle façon que chacun d'eux se déplace en synchronisation respectivement vers la première et la deuxième extrémité;

- en ce qu'un raccordement (910ab) sur la première extrémité de la première unité de machine à piston alternatif (910) est relié à un raccordement (912ba) sur la première extrémité de la deuxième unité de machine à piston alternatif (912) au moyen d'une première canalisation (917) de fluide de travail, qui comporte une machine de compression ou une machine d'expansion;

- en ce qu'un raccordement (910bb) sur la deuxième extrémité de la première unité de machine à piston (910) est relié à un raccordement (912bb) sur la deuxième extrémité de la deuxième unité de machine à piston alternatif (912) au moyen d'une deuxième canalisation (919) de fluide de travail, qui comporte une machine de compression ou une machine d'expansion (933);

- en ce qu'un raccordement (910aa) sur la première extrémité de la première unité de machine à piston alternatif (910) est relié à un raccordement (912ba) sur la deuxième extrémité de la deuxième unité de machine à piston (912) au moyen d'une troisième canalisation (921) de fluide de travail

- et en ce qu'un raccordement (910ba) sur la deuxième extrémité de la première unité de machine à piston est relié à un raccordement (912aa) sur la première extrémité de la deuxième unité de machine à piston au moyen d'une quatrième canalisation (923) de fluide de travail.

Zeichnung