DE2425018A1

DE2425018A1 - Thermodynamisches maschinensystem und verfahren

Info

Publication number: DE2425018A1
Application number: DE19742425018
Authority: DE
Inventors: Lindley Prof Manning; Richard N Prof Schneider
Original assignee: Cryo Power Inc
Current assignee: Cryo Power Inc
Priority date: 1973-05-29
Filing date: 1974-05-24
Publication date: 1974-12-05
Also published as: US3986359A

Description

Thermod^namiaches^ascliinons^stem

Die Erfindung bezieht sich auf thermodynamische Maschinensysteme zur Erzeugung der mechanischen Energie für verschiedene Nutzoder Arbeitseinrichtungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung thermodynamische Maschinensysteme, die den Temperaturunterschied zwischen zwei Fluideη ausnützen, um mechanische Energie für die nachgeschaltete Maschine zu liefern.

Es sind thermodynamische Maschinensysteme bekannt, bei denen mechanische oder sonstige Energie aus dem thermischen Unterschied zwischen einem primären Arbeitsfluidum und einem sekundären Fluidum gewonnen wird_s wobei das letztere Pluidum typischerweise Umgebungsluft umfaßt. In einem derartigen typischen System wird mechanische Rotationsenergie aus dem Temperaturunterschied zwischen einem ersten Arbeitsfluidum, etwa bei kryogenen oder Tiefsttemperaturen gespeicherten Stickstoff, und .Umgebungsluft gewonnen, indem das gespeicherte Primärfluidum durch aufeinanderfolgende Energie-Umwandlungsstufen geleitet wird, in deren jeder die thermische potentielle Energie in mechanische Rotationsenergie umgewandelt wird. Diese mechanische Rotationsenergie wird dann direkt zum Antrieb einer Nutzeinrichtung, etwa einer Pumpe, verwendet. Alternativ kann die mechanische Rotationsenergie in bekannter Weise auch in kolbenartige Bewegungsenergie zum Antrieb ent-

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sprechender nachgeschalteter Einrichtungen umgewandelt werden.

Jede Maschinenstufe umfaßt in einem derartigen thermodynamisehen Maschinensystem typischerweise einen Wärmeaustauscher, in dem das primäre Arbeitsfluidum "bei konstantem Druck auf etwa Umgebungstemperatur erwärmt wird, und eine Expansionsmaschine, in der das erwärmte Fluidum vom Auslaß des zugehörigen Wärmeaustauschers zur Erzeugung von mechanischer Energie expandiert.

Derartige thermodynamische Maschinensysteme arbeiten geräuscharm oder geräuschlos und verursachen, da das einzige Abgasprodukt ein inertes Gas wie etwa Stickstoff ist, keine chemische Verunreinigung der Umgebungsatmosphäre; vom ökologischen Standpunkt aus sind sie daher höchst erwünscht. Zwar haben sich einige Maschinen für begrenzte Anwendungsfälle als zweckmäßig erwiesen; im allgemeinen leiden bekannte derartige Maschinensysteme jedoch unter dem Nachteil, daß sie verhältnismäßig leistungsschwach sind.

Ein Faktor, der zu der verhältnismäßig geringen Leistungsfähigkeit bekannter thermodynamischer Maschinensysteme beiträgt, stellt die Eisbildung auf den Wärmeaustauschern dar. Indem das Arbeitsfluidum erwärmt und. durch die einzelnen Wärme austauscher geleitet wird, kühlt sich die Umgebungsluft, die an den Außenflächen der Wärmeaustauscher entlang zirkuliert, entsprechend ab und bewirkt, daß die Luftfeuchtigkeit gefriert. Dabei bildet sich auf den Außenflächen der Wärmeaustauscher Eis. Die sich ergebende Ansammlung von Eis beeinträchtigt die Wärmeübertragungsfähigkeit der Wärmeaustauscher, wodurch die Gesamtleistungsfähigkeit· des thermodynamischen Maschinensystems entsprechend abnimmt. Bei längerem Betrieb macht diese Eisbildung das System letzten Endes vollständig arbeitsunfähig.

Es sind Versuche unternommen worden, um das Problem der Eisbildung auf den Wärmeaustauschern zu lösen. Beispielsweise ist in der US-Patentschrift 3 786 631 ein thermodynamisches Maschinensystem offenbart, bei dem die Eisbildung an den Wärmeübertragungsflächen der Wärmeaustauscher der einzelnen Maschinenstufen durch

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eine mechanische Anordnung, die das gebildete Eis abkratzt, minimiert wird. Diese Anordnung hat sich zwar für gewisse Fälle als befriedigend herausgestellt; sie v/eist jedoch den Bachteil auf, daß sie zum Betrieb erhebliche mechanische Energiemengen benötigt, die aus der verfügbaren, von der Expansionsmaschine gelieferten mechanischen Energie abgezweigt werden muß. Jegliche Ableitung von am Ausgang dieses Systems zur Verfügung stehender mechanischer Energie ist natürlich unerwünscht, da die verfügbare Netto-Energie entsprechend reduziert wird.

Zusätzlich zu dem Problem der Eisbildung sind weitere Faktoren bekannt, die zu der verhältnismäßig geringen Leistungsfähigkeit ' bekannter thermodynamischer Maschinensysteme beitragen. Ein wichtiger Faktor besteht dabei in dem bei bekannten Systemen typischerweise verwendeten Konstantdruck-Wärmeaustauscherteil in dem thermodynamischen Kreisprozeß. Indem- sich das Arbeitsfluiduin beim Durchströmen eines Konstantdruck-Wärmeaustauschers zyklisch längs einer gegebenen Isobaren bewegt, steigt die Entx'opie des Fluidums irreversibel und mit erheblicher Geschwindigkeit. Diese irreversible Zunahme vermindert die Gesamtzahl der leistungsfähigen Zyklen oder Kreisprozesse, die sich mit dem Arbeitsfluidum ausführen lassen, bevor es erschöpft ist. Da bekannte Systeme typischerweise mit mehreren Konstantdruck-Wärmeaustauschern arbeiten, wird die Gesamtzahl an leistungsfähigen Arbeitszyklen erheblich reduziert. Versuche, dieses Problem zu lösen, sind ohne größeren Erfolg geblieben.

Im Einklang mit der Erfindung wird ein thermodynamisches Maschinensystem mit einem thermodynamischen Kreisprozeß an einem Arbeitsfluidum vermittelt, wobei der Wärmeaustausch auf das Arbeitsfluidum bei konstantem Volumen erfolgt, was einen hoch-leistungsfähigen und von Verunreinigungen freien Betrieb ergibt und das Problem der Wärmeaustauscher-Vereisung beseitigt. Die Erfindung arbeitet mit einem kalten primären Arbeitsfluidum, das in offener Schleife aus einem Tieftemperatur-Speicherbehälter durch eine Reihe von Maschinenstufen, von denen jede einen Konstantvolumen-Wärmeaustauscher und eine Expansionsmaschine umfaßt, ge-

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leitet und schließlich abgegeben wird, sowie mit einem heißen sekundären Fluidum, das in geschlossener Schleife durch die aufeinanderfolgenden Maschinenstufen und einen in der Sekundärschleife befindlichen Wärmeaustauscher zirkuliert. Die Primärfluiduia-Schleife ist bei Bedarf mit mehreren Vorwärmeaustauschern zur anfänglichen Erwärmung des primären Arbeitsfluidums auf eine Temperatur oberhalb des Gefrierpunktes des Sekundärfluidums versehen, bevor das primäre Arbeitsfluidum in die erste Wärmeaustauscherstufe gelangt. Diese wahlweise Anordnung stellt sicher, daß das Sekundärfluidum in den Wärmeaustauschern der Maschinenstufen niemals gefriert. Um Wärme in das Sekundärfluidum zu leiten, ist ein einzelner Sekundärfluidum-Wärmeaustauscher vorgesehen. Um eine Vereisung dieses Wärmetauschers zu vermeiden, sind bei Bedarf Enteisungseinrichtungen vorhanden.

Es sind mehrere Ausführungsformen der Maschinenstufen vorgesehen. Bei jeder dieser Ausführungsformen wird das primäre Arbeitsfluidum durch einen Konstantvolumen-Wärmeaustauscher geleitet, der einen durch eine Wärmeübertragungswand von dem in der sekundären geschlossenen Fluidumschleife zirkulierenden sekundären- Pluidum getrennten Konstantvolumen-Teil aufweist. Die von den Wärmeaustauschern vermittelte Erwärmung bei konstantem Volumen ergibt einen äußerst leistungsfähigen thermodynamischen Kreisprozeß für das primäre Arbeitsfluidum. Nach der Erwärmung wird das primäre Arbeitsfluidum einem Expansionsmaschinen-Teil zugeführt, in dem das erwärmte Primärfluidum unter Erzeugung mechanischer Energie expandiert. Bei einer ersten Ausführungsform sind die Wärmeaustauscher und Expansionsmaschinen auf getrennten drehbaren Wellen montiert, wobei jede Welle reihenweise sämtliche gemeinsamen Teile, d.h. sämtliche Wärmeaustauscher und sämtliche Expansionsmaschinen, verbindet. In einer zweiten Ausführungsform ist jeder Expansionsmaschinen-Teil einer Maschinenstufe von zwei Konstantvolumen-Wärmeaustauschern flankiert, wobei sämtliche Einheiten auf einer gemeinsamen Abtriebswelle montiert sind. Bei einer weiteren Ausführungsform ist jeder Wärmeaustauscher mit einer Expansionsmaschine zu einer einzelnen Einheit kombiniert, die auf einer einzelnen Arbeitwelle im wesentlichen konzentrisch angeord-

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net ist, wobei der Wärmeaustauscherteil etwa die Hälfte der Gehäuse abmessung en und der Expansionsmaschinen-Teil die andere Hälfte belegt.

Zum automatischen Anlassen der Maschine bei Bedarf ist ein Anlassermechanismus vorgesehen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt dieser Mechanismus eine Druckkammer, die eine Menge an primärem Arbeit sfluiduin aufnimmt, über ein Einlaßventil unter Druck speichert und das gespeicherte, druckbeaufschlagte primäre Arbeitsfluidum über ein Auslaßventil auf die Primärfluidum-Leitung gibt. Das Auslaßventil kann entweder manuell oder fernbetätigt werden.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild des erfindungsgemäßen Systems;

Fig. 2 ein Teniperätur-Entropie-Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des Systems nach Fig. 1; ein erstes Ausführungsbeispiel einer Maschinenstufe ;

ein zweites Ausführungsbeispiel einer Maschinenstufe; und

ein drittes Ausführungsbeispiel für eine Maschinenstufe .

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes thermodynamisches Maschinensystem mit einer generell mit 1o bezeichneten offenen Primärfluidum-Schleife und einer generell mit 25 bezeichneten geschlossenen Sekundärfluidum-Schleife. Das primäre Arbeitsfluidum 11, bei dem es sich in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel um flüssigen Stickstoff handelt, ist in einem isolierten Tank 12 bei kryogener oder Tiefsttemperatur gespeichert. Das primäre Arbeitsfluidum 11 wird aus dem Speichertank 12 mittels einer Förderpumpe 13, die von einer weiter unten beschriebenen Haupt-Arbeitswelle 14 angetrieben wird, einem ersten Wärmeaustauscher 15 einer Eeihe von drei Austauschern 15 bis 17 zugeführt. Die Wärmeaustauscher 15

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Fig.	3
und	4
Fig.	5
bis	7
Fig.	8
und	9

bis 17 sind herkömmliche Konstantdruck-Wärmeaustauscher und dienen dazu, die Temperatur des primären Arbeitsfluidums 11 über den Gefrierpunkt des Fluidums in der Sekundärfluidum-Schleife anzuheben.

Nach Durchströmen des Wärmeaustauschers 17 wird das primäre Arbeit sfluidum 11 an den Einlaß einer ersten von mehreren Maschinenstufen 2oyj bis 2o. geleitet. Wie weiter unten im einzelnen erläutert, umfaßt jede Maschinenstufe einen Konstantvolumen-Wärmeaustauscher und eine Expansionsmaschine. Vom Auslaß der Maschinenstufe 2o^| wird das Primärfluidum 11 über den Wärmeaustauscher 15 an den Einlaß der Maschinenstufe 2op geleitet. Nach Durchströmen der Stufe 20o wird das Primärfluidum 11 von dessen Auslaß durch den Wärmeaustauscher 16 an den Einlaß der Stufe 2ο-, geleitet. Nach Durchströmen dieser Stufe 2o^ gelangt das Primärfluidum 11 von dessen Auslaß durch den Wärmeaustauscher 17 hindurch an den Einlaß der Maschinenstufe 2o^.

Wie ersichtlich, dient also das primäre Arbeitsfluidum unterstromseitig, wo es heißer ist als im Bereich zwischen dem Tank 12 und dem Auslaß der Pumpe 13» zur Erwärmung des primären Arbeitsfluidums an der Oberstromseite in den Wärmeaustauschern 15 his 17« Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach Fig« 1 werden drei Konstantdruck-Wärmeaustauscher 15 bis 17 verwendet; je nach den speziellen Anforderungen eines gegebenen Anwendungsfalles kann jedoch auch mit einer größeren oder kleineren Anzahl von Wärmeaustauschern gearbeitet werden. In vielen Fällen ist beispielsweise der maximale Temperaturunterschied zwischen dem primären Arbeit sfluidum 11 und dem Sekundärfluidum 12 nicht groß genug, um Probleme eines Gefrierens hervorzurufen, selbst wenn die Anfangstemperatur des Primärfluidums 11 unter dem Gefrierpunkt des Sekundärfluidums liegt. In solchen Fällen können die Wärmeaustauscher 15 bis 17 vollständig weggelassen werden, und das Primärfluidum 11 kann direkt vom Tank 12 an den Einlaß der Maschinenstufe 2ο^ geleitet werden.

Stromabwärts von dem Wärmeaustauscher 17 wird das Primärfluidum 11 der Reihe nach durch die übrigen Maschinenstufen 20^, bis 2o.

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geleitet. Die genaue Anzahl i von Maschinenstufen 2o hängt von den speziellen Anforderungen des jeweils gegebenen Anwendungsfalles ab. Das Primärfluidum 11 wird schließlich an der letzten Stufe 2o. abgegeben. Je nach dem speziellen Anwendungsfall kann das abgegebene Primärfluidum in die Atmosphäre entlassen oder in eine sonstige Umgebung geleitet werden. Bei Verwendung in Verbindung mit elektronischen Einrichtungen auf Schiff kann das abgegebene Fluidum beispielsweise dazu dienen, eine inerte Atmosphäre zum Schutz der elektronischen Ausrüstung gegen Seewasser zu bilden. Weitere geeignete Anordnungen und Benützungsarten für das abgegebene Primärfluidum sind für den Fachmann offensichtlich.

Vorgesehen ist ferner eine automatische Anlassereinrichtung mit einem Einlaßventil 21. und einem Auslaßventil 22, wobei die beiden Ventile jeweils mit einer Seite an die Primärfluidum-Schlei-· fe 1o zwischen den entsprechenden Maschinenstufen und mit der anderen Seite an einen Fluidumbehälter 23 angeschlossen sind. In dem Behälter 23 wird beim Betrieb des Maschinensystems über das Einlaßventil 21 primäres Arbeitsfluidum unter Druck gespeichert, das bei Betätigung des Auslaßventils 22 freigegeben wird und eine anfängliche Anlaß-Druckwelle ergibt, wenn das Maschinensystem angelassen werden soll. Bei den Ventilen 21, 22 kann es sich je nach den Anforderungen des speziellen Anwendungsfalles um irgendeine aus der Anzahl bekannter Ventileinrichtungen handeln. Wird die Erfindung beispielsweise als entfernt angeordneter Leistungsgenerator verwendet, so kann es sich bei dem Ventil 21 um ein Einlaß-Rückschlagventil handeln, das öffnet, nachdem das Primärfluidum am Einlaß einen bestimmten Druck erreicht hat, während das Ventil 22 von einem normalerweise geschlossenen automatischen Ventil gebildet werden kann, das zum öffnen auf ein Steuersignal von einer entfernten Steuerstelle anspricht und das in dem Behälter 23 vorher gespeicherte und druckbeaufschlagte Fluidum an den Einlaß der nachfolgenden Maschinenstufe 2Oc abgibt.

Die automatische Startereinrichtung ist gemäß Fig. 1 zwischen der Stufe 20^, und der folgenden Stufe 2o,- eingeschaltet; sie kann jedoch auch an einer anderen geeigneten Stelle mit der Primärfluidum-Schleife 1o verbunden sein. Ferner können nach Belieben auch andere Maschinen-Startereinrichtungen verwendet werden. Beispiels-

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weise könnte ein batteriebetriebener Elektromotor über eine geeignete bekannte Kupplungseinrichtung mit der Hauptarbeitswelle 14 verbunden sein, um die Maschine bei solchen Anwendungsfällen zu starten, in denen elektrische Energie zur Verfügung steht, wenn das System nicht arbeitet. Dem Fachmann sind darüberhinaus weitere Anordnungen bekannt.

Durch die geschlossene Sekundärfluidum-Schleife 25 wird das Sekundärfluidum 24 mittels einer herkömmlichen Pumpe 26, einer Leitung 27 und mehrerer parallelgeschalter Einlaßleitungen 28,. bis 28· an die Sekundärfluidum-Einlässe der einzelnen Maschinenstufen 2o^j bis 2o^ geleitet. Nach Durchströmen der jeweiligen Stufen 2ox] bis 2o. gelangt das abgekühlte Sekundärfluidum 24 über mehrere parallelgeschaltete Auslaßleitungen 29^t bis 29.* sowie gemeinsame Leitungen 3o, 31 an einen einzelnen Wärmeaustauscher

Der Wärmeaustauscher 32 stellt eine konventionelle Einheit dar, um Wärme aus einer generell mit Q bezeichneten Quelle in das Sekundärfluidum einzuleiten. Die Wärmequelle kann je nach dem gegebenen Anwendungsfall von der Umgebungsluft, einer Wassermasse, dem Erdboden oder dergleichen gebildet werden. Bei Bedarf kann eine geeignete Zirkuliereinrichtung, etwa ein Gebläse 33» vorgesehen werden, um die Wärme aus der Quelle Q auf den Wärmeaustauscher 32 zu richten. Nach Durchströmen des Wärmeaustauschers 32 wird das Sekundärfluidum 24 durch die Pumpe 26 zyklisch durch die Sekundärfluidum-Schleife geleitet. Bei einigen Anwendungsfällen kann die Temperatur der Wärmequelle Q so gering sein, daß eine Vereisung des sekundären Wärmeaustauschers 32 möglich wird· Eine solche Möglichkeit kann beispielsweise dann auftreten, wenn die Wärmequelle Q von Umgebungsluft bei einer Temperatur unterhalb O⁰C gebildet wird. In derartigen Fällen kann eine Vereisung des sekundären Wärmeaustauschers 32 durch herkömmliche Mittel vermieden werden, indem beispielsweise stromaufwärts von dem Wärmeaustauscher ein Enteisungsfluidum eingeleitet wird oder indem mit einem Paar von abwechselnd betriebenen Sekundärfluidum-Wärmeaustauschern mit einer j'eweiligen Einschaltdauer von etwa 5o % gearbeitet wird.

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Als Sekundärfluidum 24 eignen sich viele Fluiden; ein bevorzugtes Fluidum bildet das Kältemittel Nr. 216 der ASHRAE (American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers), bei dem es sich um G₇Gl^c (1,3-Dichlorhexafluorpropan) handelt. Pur den vorliegenden Zweck eignen sich ferner folgende Kältemittel: ^

ASHRAE_-Nr_-.

Refrigerant 11 Refrigerant 12 Refrigerant 13 Refrigerant 717 Refrigerant 142 b Refrigerant 152 a Refrigerant 216 Refrigerant 29o Refrigerant 6oo Refrigerant 6oo a

Weitere geeignete Fluiden sind dem Fachmann bekannt.

Die Arbeitsweise des Systems nach Fig. 1 wird am besten unter Bezugnahme auf Fig. 1 und Fig. 2 verständlich, wobei Fig. 2 ein Temperatur-Entropie- oder T-s-Diagramm für das primäre Arbeitsfluidum 11 des Systems nach Fig. 1 darstellt. In dem Diagramm nach Fig. 2 stellen die Kurven P Isobaren oder Kurven konstanten Fluidumdrucks dar, während die Kurven V Kurven konstanten Fluidumvolumens darstellen.

Indem das primäre Arbeitsfluidum aus dem Speichertank 12 an den Einlaß des Konstantdruck-Wärmeaustauschers 15 gepumpt wird, wird es im wesentlichen isentropisch auf den Zustand a verdichtet. Beim Durchströmen des Wärmeaustauschers 15 wird das Primärfluidum vom Zustand a zum Zustand b durch das Fluidum, das stromabwärts von der ersten Maschinenstufe 2ο,, abgegeben wird, isobarisch erwärmt. Das Primärfluidum strömt sodann durch den Wärmeaustauscher 16, in dem es vom Zustand b zum Zustand c isobarisch erwärmt wird, und dann durch den Wärmeaustauscher 17» wo es wiederum iso-

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Chemische	Zusammensetzung
CCl₃F	Trichlorfluoräthan
CCl₂F₂	Dichlordifluormethan
CClF₃	Chlortrifluormethan
NH₃	wasserfreier Ammonialc
GH_xCClFo	Trichlorfluormethan
CH,CHF_O	Difluoräthan
	1,3-Dichlorhexafluorpropan
CH_xCHpCH, l) d. y	Propan
CH -χ CHpCHp	CH, N-Butan
CH(CH₃)3	Isobutan

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barisch vom Zustand c zum Zustand d erwärmt wird. Beim Verlassen des V/ärme aus tausche rs 17 liegt die Temperatur des Primärfluidums 11 über dem. Gefrierpunkt des Sekundärfluidums in der Schleife 25·

Beim Durchströmen des Wärmeaustauscherteils der Maschinenstufe 2ο,. wird das Primärfluidum 11 mit konstantem Volumen auf den Zustand e erwärmt. Nach Erreichen dieses Zustande e strömt das Fluidum durch den Expansionsmaschinen-Teil der Stufe 2ο,,, wo es im wesentlichen isentropisch auf den Zustand f expandiert und dabei mechanische Energie abgibt. Die Expansionsleistung, die hier als Quotient der tatsächlichen Enthalpieänderung und der Enthai— pieänderung für einen isentropischen Prozeß definiert ist, beträgt ungefähr o,9o für den vorliegenden und sämtliche weiteren Expansionsabschnitte des thermodynamischen Kreisprozesses. Nach vollständiger isentropischer Expansion auf den Zustand f strömt das Primärfluidum durch den Konstantdruck-Wärmeaustauscher 15» in dem es isobarisch vom Zustand f auf den Zustand g abkühlt. Nach Betreten der zweiten Maschinenstufe 2θρ wird das Primärfluidum zunächst unter konstantem Druck vom Zustand g in den Zustand h erwärmt und anschließend im wesentlichen isentropisch vom Zustand h zum Zustand i expandiert. Nach dem Verlassen der zweiten Stufe 2θρ wird das Fluidum in dem Wärmeaustauscher 16 isobarisch vom Zustand i zum Zustand j abgekühlt. Sodann strömt das Primärfluidum durch die Stufe 2o,, wo es zuerst mit konstantem Volumen vom Zustand j zum Zustand k erwärmt und anschließend im wesentlichen isentropisch zum Zustand 1 expandiert wird. Sodann strömt das Primärfluidum durch die Maschinenstufe 2oj,, wo es mit konstantem Volumen vom Zustand m zum Zustand η erwärmt und anschließend im wesentlichen isentropisch zum Zustand ο expandiert wird.

Vom Auslaß der Stufe 2o^ wird das Primärfluidum dann der Reihe nach durch die anschließenden Stufen 2O₁- bis 2o. geleitet, wo abwechselnde Erwärmungen mit konstantem Volumen und im wesentlichen isentropische Expansionen stattfinden, wie etwa vom Zustand ο zum Zustand ρ und von dort zum Zustand q. Nach Verlassen der letzten Maschinenstufe 2o. wird das primäre Arbeitsfluidum im Zustand y

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entweder an die Umgebung abgegeben oder in der oben genannten Art und Weise verwendet.

Wie oben erwähnt, wird durch die Konstantdruck-Erwärmung des primären Arbeitsfluidums 11 durch die Wärmeaustauseher 15 his 17 die lemperatur des Pluidums 11 zunächst über den Gefrierpunkt des Sekundär fluidums in der Schleife 25 angehoben· Dadurch wird die Möglichkeit beseitigt, daß das Sekundärfluidum 24 in einem oder mehreren Konstantvolumen-Wärmeaustauschern in den Maschinenstufen 2ο,, bis 2o. gefriert. Zusätzlich wird es durch die anfängliche Konstantdruck-Erwärmung des Primärfluidums 11 aus dem Zustand a in den Zustand d möglich, daß das Fluidum 11 während der ersten vier Konstantvolumen-Erwärmungsstufen den gleichen hohen Zustand e, h, k, η erreicht, wodurch der gesamte Wirkungsgrad des thermodynamischen Maschinensystems verbessert wird. Wie ebenfalls oben erwähnt, sind jedoch in vielen !Fällen die Wärmeaustauscher 15 bis überflüssig* Bei derartigen Fällen fehlt in dem Anfangsteil des T-s-Diagramms für das Primärfluidum die isobarische Erwärmung gemäß den Abschnitten a bis d.

Zur Leistungsfähigkeit des Systems tragen in erster Linie die Konstantvolumen-Abschnitte des verwendeten thermodynamischen Kreisprozesses bei. In dem T-s-Diagramm nach Fig. 4 sind die Kurven V konstanten Volumens wesentlich steiler als die Isobaren P. Indem also das primäre Arbeitsfluidum 11 während Jedes Konstantvolumen-Erwärmungsabschnitts des Prozesses auf die Maximaltemperatur der Anlage erwärmt wird, wird das Fluidum einer wesentlich geringeren Entropie-Zunahme unterworfen, als sie festzustellen wäre, wenn das gleiche Fluidum einer Konstantdruck-Erwärmung auf die gleiche Maximaltemperatur der Anlage unterzogen würde. Infolgedessen kann das primäre Arbeitsfluidum 11 eine Reihe von Arbeitszyklen durchlaufen, bevor es einen Entropiezustand erreicht, in dem das Fluidum nicht mehr leistungsfähig ist, wobei die Anzahl dieser Zyklen entsprechend größer ist als bei einem System, das nach einem thermodynamischen Kreisprozeß mit Konstantdruck-Erwärmung arbeitet. Da die Anzahl von möglichen Wiedererwärmungs-Zyklen größer ist, ist auch die Anzahl von möglichen Maschinenstufen größer, und daher erhöht sich der Gesamtbetrag der mit dem System erreichbaren

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Nutzarbeit gegenüber vergleichbaren, mit Konstantdruck-Erwärmung arbeitenden Systemen. Systeme, die erfindungsgemäß mit einer Erwärmung bei konstantem Volumen arbeiten, sind also in der Lage, einen größeren Betrag an Nutzarbeit pro Gewichtseinheit an primärem Arbeitsfluidum 11 zu leisten, als solche Systeme, die nach Kreisprozessen mit einer Wiedererwärmung bei konstantem Druck arbeiten; demgemäß weisen erfindungsgemäße Systeme einen größeren praktischen Wirkungsgrad auf.

Mechanische Energie wird während der im wesentlichen isentropischen Expansionsabschnitte in dein thermodynamischen Kreisprozeß des primären Arbeitsfluidums in Form einer Rotation der in Fig.1 schematisch gezeigten gemeinsamen Arbeitswelle 14- gewonnen. Ein Teil dieser mechanischen Energie dient zum Betrieb der Förderpumpe 13, der Sekundärfluidum-Zirkulationspumpe 26 und des Gebläses 33· Der Antrieb kann durch herkömmliche mechanische Einrichtungen erreicht werden; er ist im einzelnen nicht dargestellt, sondern nur schematisch .durch die gestrichelten Linien 36 bis angedeutet.

Fig. 3 zeigt eine Stirnansicht und Fig. 4 einen längs der Linie 4-4 der Fig. 3 gelegten Schnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen thermodynamischen Maschinensystem geeigneten Maschinenstufe. Der Konstantvolumen-Wärmeaustauscherteil nimmt dabei die obere Hälfte des in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiels ein und umfaßt ein äußeres, teilzylindrisches Mittelgehäuse 41 mit einem hohlen Innenraum. Die Oberfläche der Innenwand dieses Mittelgehäuses 41 weist einen ersten Sektor mit einem Radius R^ auf, der von einem Primärfluidum-Einlaßabschnitt 43 im Uhrzeigersinn bis zu einem Primärfluidum-Auslaßabschnitt 44 verläuft, sowie einen zweiten kleineren Sektor mit konstantem Radius R2, der kleiner ist als der Radius R^,, wobei der zweite Abschnitt von dem Auslaßabschnitt 44 im Uhrzeigersinn bis zum Einlaßabschnitt 43 reicht. Die Wandabschnitte mit den Radien R^, R₂ sind, wie gezeigt, über zwei glatt ansteigende Wandteile verbunden. In dem hohlen Innenraum des Mittelgehäuses 41 ist ein zylindrischer Rotor 46 angeordnet, der in Richtung eines Pfeils 48 drehbar auf einer Antriebswelle 47 befestigt

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ist. Der Rotor 46 hat einen kreisförmigen Querschnitt, dessen Radius etwas kleiner ist ^. Am Umfang ist der Rotor 4-6 mit einer Vielzahl von radial gerichteten und in Längsrichtung verlaufenden Schlitzen 5o versehen, die gleichwinklig über den Umfang verteilt sind. In jedem Schlitz 5o ist eine gleitende Schaufel 51 angeordnet, die durch ein Vorspannelement 52, etwa eine Feder oder dergleichen, radial nach außen gespannt ist.

In einer ersten Einlaßöffnung ^A- in dem Mittelgehäuse 41 ist ein Priiaärfluidum-Einlaßstutzen 53 abgedichtet befestigt, der in dem Einlaßabschnitt 43 endet. In dem Mittelgehäuse 41 ist ferner eine zweite Einlaßöffnung 57 vorgesehen, in der ein Sekundärfluidum-Einlaßstutzen 56 abgedichtet befestigt ist. Ferner ist in dem' Mittelgehäuse über der Primärfluidum-Einlaßöffnung 54 eine Sekundärfluidum-Auslaßöffnung 59 vorgesehen, in der ein Sekundärfluidum-Auslaßstutzen 58 abgedichtet befestigt ist. Im Eodenteil des Mittelgehäuses 41 ist eine Primärfluidum-Auslaßöffnung 45 ausgebildet, die eine Fluidumverbindung zwischen dem Auslaßabschnitt 44 und einer Einlaßöffnung des weiter unten beschriebenen Expansionsmaschinen-Teils bildet. Die Sekundärfluidum-Einlaß- und Auslaßstutzen 56, 58 stehen mit einer im Innern des Mittelgehäuses 41 geformten Sekundärfluidum-Durchführung 6o in Verbindung. Der Wandabschnitt 61 zwischen der Durchführung 6o und dem Innenraum des Mittelgehäuses 41 bildet einen Wärmeübertragungsbereich, durch den Wärme vom Sekundärfluidum 24 auf das Primärfluidum 11 übertragbar ist.

An den Seitenabschnitten des Mittelgehäuses 41 sind zwei Seitenplatten 62, 63 dicht befestigt, die den Innenraum des Gehäuses abschließen. Um eine Drehung der Welle 47 und des daran befestigten Rotors 46 zu gestatten, sind geeignete (nicht gezeigte) Lager vorgesehen.

Der obere Konstantvolumen-Wärmeaustauscherteil ist mittels Kopfschrauben 64 an einem unteren Expansionsmaschinen-Teil befestigt, der ein generell zylindrisches, hohles Mittelgehäuse 66 umfaßt. Das Gehäuse 66 ist mit einer Primarfluidum-Einlaidöffnung 67 versehen, die so konseruiert ist, daß sie mit der Primärfluiduxa-

'.Ii Lifc.¹.» 9/0389

Auslaßöffnung 45 des Wärmeaustauscherteils zusammentrifft. Die Einlaßöffnung 47 steht mit dem. generell zylindrischen, hohlen Innenraum des Mittelgehäuses 66 in Verbindung. Dieser Innenraum ist an der Auslaßseite mit einer Vielzahl von Primärfluidum-Auslaßöffnungen 69 versehen, die über eine verzweigte Leitung 7 ο an eine Auslaßöffnung 71 angeschlossen sind. In der Auslaßöffnung 71 ist ein Auslaßstutzen 72 abgedichtet befestigt.

Exzentrisch in dem Innenraum des Mittelgehäuses 66 ist ein im wesentlichen zylindrischer Rotor 75 gelagert, der in Richtung des Pfeils 77 drehbar an einer Abtriebswelle 76 befestigt ist. Die exzentrische Lage des Rotors 75 ist so gewählt, daß zwischen der Außenfläche des Rotors 75 und der Innenfläche des Mittelgehäuses 66 in dem Bereich zwischen der letzten Auslaßöffnung 69' und der Einlaßöffnung 67 im wesentlich kein Spielraum besteht.

Am Umfang des Rotors 75 sind gleichwinklig mehrere in Längsrichtung verlaufende Schlitze 80 angeordnet. In jedem Schlitz 80 ist eine gleitende Schaufel 81 angeordnet, die von einem Vorspannelement 82, etwa einer Feder oder dergleichen, radial nach außen gespannt wird.

An den Endabschnitten des Mittelgehäuses 66 sind zwei Endplatten 84, 85 dicht befestigt, die den Innenraum abschließen. Wiederum sind geeignete (nicht gezeigte) Lager vorgesehen, die eine Drehung der Abtriebswelle 76 und des daran befestigten Rotors 75 gestatten.

In der Praxis sind mehrere Wärmeaustauscher-Teile und Expansionsmaschinen-Teile in einer Reihe montiert, wobei die Rotoren 46 der Wärmeaustauscher-Teile gemeinsam an die Antriebswelle 47 und die Rotoren 75 der Expansionsmaschinen-Teile gemeinsam an die Abtriebswelle 76 gekuppelt sind.

Beim Betrieb wird die Drehung des Rotors 75 und der Abtriebswelle 76 über eine geeignete Kupplungsvorrichtung, beispielsweise über (nicht gezeigte) zwei Riemenscheiben und einen Treibriemen, auf die Antriebswelle 47 gekuppelt, um den Wärmeaustauscher-Rotor 47 in Drehung zu versetzen. Die einzelnen Scnaufeln 51 werden beim

* U μ μ u y / 0 3 8 9

Eintauchen in den Primärfluidum-Einlaßabschnitt 43 durch, die Vorspannelemente 52 ausgefahren, bis sie die Innenwand des Mittelgehäuses 41 berühren. Beim Weiterdrehen des Rotors 43 streichen die einzelnen-Schaufeln 51 an dieser Innenwand entlang und bilden mit der Wand eine Fluidumdichtung. Bei Erreichen des Auslaßabschnitts

44 werden die Schaufeln 51 durch den abnehmenden Radius der Innenwand radial nach innen gedruckt und bewegen sich dann längs des Teils zwischen dem Auslaßabschnitt 44 und dem Einlaßabschnitt 43, in den sie am weitesten zurückgezogen sind; dieser Zyklus wiederholt sich. Da das Ringvolumen,gemessen im Uhrzeigersinn vom Einlaßabschnitt 43 zum Auslaßabschnitt 44, durch die Radien R,, und Rp bestimmt v/ird und konstant ist, findet das durch den Einlaßstutzen 53 eingeleitete Primärfluidum 11 im gesamten Innenraum des Mittelgehäuses 41 einen Bereich mit konstantem Volumen vor. Das Sekundärfluidum 24 strömt im Gegenstrom zu dem Primärfluidum 11 vom Einlaßstutzen 56 durch die innere Durchführung 6o zum Auslaßstutzen 58. Indem die beiden Fluiden im Gegenstrom den Wärmeaustauscher-Teil durchsetzen, wird Wärme vom Sekundärfluidum durch den Wandabschnitt 61 auf das Primärfluidum übertragen.

Das den Konstantvolumen-Wärmeaustauscherteil verlassende erwärmte Primärfluidum gelangt über die Einlaßöffnung 67 in den Expansionsmaschinen-Teil. Indem das Primärfluidum durch den Raum zwischen der Außenfläche des Rotors 75 und der Innenfläche des Mittelgehäuses 66 strömt, findet es ein expandierendes Volumen vor, bis es an die erste Auslaßöffnung 69 gelangt. Die Expansion des Primärfluidums in diesem Bereich wirkt auf die Fläche der ausgefahrenen Schaufeln 81 und ergibt eine resultierende Kraft im Uhrzeigersinn, die den Rotor 75 und die Abtriebswelle 76 in Drehung versetzt. Das expandierte Primärfluidum wird durch die Auslaßöffnungen 69 und die verzweigte Leitung 7o zusammengeführt und über den Auslaßstutzen 72 abgegeben.

Fig. 5 zeigt eine Stirnansicht und Fig. 6 und 7 zeigen längs den Linien 6-6 bzw. 7-7 in Fig. 5 gelegte Schnitte eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Maschinenstufe, die zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen thermodynamischen Maschinensystem geeignet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt jede Maschinenstufe

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2o einen mittleren Expansionsmaschinen-Teil 9o, der von zwei ähnlichen Wärmeaustauscher-Teilen 92, 92' flankiert ist. Der Expansionsmaschinen-Teil 9o und die Wärmeaustauscher-Teile 92, 92' sind auf einer gemeinsamen Welle 93 montiert, wobei der Wärmeaustauscher-Teil 92' gegenüber, dem Wärmeaustauscher-Teil 92 um 18o° verdreht ist.

Wie am besten aus der in Fig. 6 gezeigten Darstellung des Wärmeaustauscher-Teils 92 ersichtlich, sind beide Wärmeaustauscher-Teile 92, 92' im wesentlichen ähnlich wie der Wärmeaustauscher-Teil nach Fig. 3 und 4- aufgebaut. Dabei weist ein zylindrisches Mittelgehäuse 94- einen hohlen Innenraum mit einem ersten Wandsektorteil auf, der einen Radius R^, hat und im Uhrzeigersinn von einem Primärfluidum-Einlaßabschnitt 95 zu einem Primärfluidum-Auslaßbereich 96 reicht, sowie mit einem zweiten kleineren Wandsektorabschnitt mit einem konstanten Radius Ro, der kleiner ist als der Radius R,., wobei der zweite Wandabschnitt im Uhrzeigersinn von dem Primärfluidum-Auslaßbereich 96 zum Primärfluidum-Einlaßabschnitt 95 reicht. In dem Innenraum des Mittelgehäuses 94- ist ein zylindrischer Rotor 97 gelagert, der gemäß dem Pfeil 98 im Uhrzeigersinn drehbar an der gemeinsamen Welle 93 befestigt ist und einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Radius aufweist, der etwas kleiner ist als Ro, so daß zwischen der Außenfläche des Rotors und dem zweiten kleineren Wandabschnitt des Gehäuses 94- eine dichte Passung besteht. Am Umfang ist der Rotor 97 mit einer Vielzahl von radial gerichteten und in Längsrichtung verlaufenden Schlitzen 1oo versehen, die gleichwinklig über den Umfang verteilt sind. In jedem Schlitz 1oo ist eine gleitende Schaufel 1o1 angeordnet, die durch ein geeignetes Vorspannelement 1o2 radial nach außen gespannt ist·

In dem Mittelgehäuse 94- ist eine in den Einlaßabschnitt 95 mündende erste Einlaßöffnung 1o4 vorgesehen, in der ein Primärfluidum-Einlaßstutzen 1o3 abgedichtet befestigt ist. Ferner ist in dem Mittelgehäuse 94· eine zweite Einlaßöffnung 1o7 vorgesehen, in der ein Sekundärfluidum-Einlaßstutzen 1o6 abgedichtet befestigt ist. Neben der Primärfluidum-Einlaßöffnung 1o4- ist in dem Mittelgehäuse 94- ferner eine Sekundärfluidum-Auslaßöffnung 1o9 vorgesehen, in der ein Sekundärfluidum-Auslaßstutzen 1o8 abgedichtet befestigt ist. Die Einlaß- und .Auslaßstutzen 1o6 und 1o8 stehen mit einer im

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Innern des Mittelgehäuses 94- ausgebildeten Sekundärfluidum-Durchführung 11 ο in "Verbindung. Der Wandabschnitt 111 zwischen der Durchführung 11o und dem Innenraum des Mittelgehäuses 94- bildet einen Wärmeübertragungs-Bereich, durch den Wärme vom Sekundärfluidum 24 auf das Primärfluidum 11 übertragbar ist.

An den Seitenabschnitten des Mittelgehäuses 94· sind zwei Seitenplatten 112 und 113 dicht befestigt, die das Innere des Mittelgehäuses abschließen. Um eine Drehung der gemeinsamen Welle 93 und des daran befestigten Rotors 97 zu gestatten, sind geeignete (nicht gezeigte) Lager vorgesehen.

Wie oben erwähnt, ist der Wärmeaustauscher-Teil 92' im wesentlichen identisch mit dem Wärmeaustauscher-Teil 92. In der weiteren Beschreibung werden deshalb diejenigen Elemente des Wärmeaustauscher-Teils 92', die mit den entsprechenden Elementen des'Wärmeaustauscher-Teils 92 identisch sind, mit den gleichen Bezugsziffern und einem zusätzlichen Apostroph bezeichnet. Wie ferner oben erwähnt, ist der Wärmeaustauscher-Teil 92' in seiner Winkelstellung um 18o° gegenüber der axialen Lage des Wärmeaustauschers 92 verdreht. Ferner sind die Seitenplatten 112, 112' jeweils mit einer Bohrung 114- bzw. 114-¹ versehen, die in Fig. 5 durch gestrichelte Linien dargestellt ist, um eine Fluidumverbindung für das darin enthaltene Arbeitsfluidum von dem Primärfluidum-Auslaßbereich 961 96' an zwei Primärfluidum-Einlaßbereiche in dem weiter unten beschriebenen, mittig angeordneten Expansionsmaschinen-Teil 9o vorzusehen.

Wie am besten aus Fig. 7 ersichtlich, umfaßt der Expansionsmaschinen-Teil 9o ein zylindrisches, hohles Mittelgehäuse 116, das mit zwei Primärfluidum-Einlaßbereichen 117_? 117¹ versehen ist; diese Bereiche sind so konstruiert, daß sie mit den Fluidumbohrungen 114, 114¹ in den Seitenplatten 112 bzw. 112' fluchten. Jeder Einlaßböreich 117> 117* steht mit jeweils einem von zwei Bereichen mit variablem Volumen in Verbindung, die von zwei Wandabschnitten 119» 119' des Mittelgehäuses 116 und dem Umfang eines im wesentlichen zylindrischen Rotors 12o gebildet werden. Der Rotor 12o ist konzentrisch in dem Mittelgehäuse 116 montiert und gemäß dem

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Pfeil 121 im Uhrzeigersinn drehbar an der Abtriebswelle 93 befestigt. Die Bereiche 119» 119' mit variablem Volumen enden jeweils an verschiedenen Auslaßöffnungen 122 bzw. 122', in denen zwei Primärfluidum-Auslaßstutzen 123 bzw. 123' abgedichtet befestigt sind. Das Mittelgehäuse 116 weist ferner zwei weitere Wandabschnitte mit im wesentlichen konstantem Radius E-, auf, die zwisehen dem Einlaßbereich 117 und der Auslaßöffnung 122 "bzw. dem Einla*3bereich 117' und der Auslaßöffnung 122' liegen.

Der Expansionsmaschinen-Rotor 12o, dessen Radius etwas kleiner ist als R-z, ist mit einer Vielzahl von Schlitzen 125, gleitenden Flügeln 126 und Vorspannelementen 127 in im wesentlichen gleicher Weise und für den gleichen Zweck versehen, wie oben beschrieben.

In der Praxis sind mehrere Maschinenstufen, von denen jede einen von Wärmeaustauscher-Teilen 92, 92' flankierten Expansionsmaschinen-Teil 9o umfaßt, auf der gemeinsamen Welle 93 montiert, wobei sich die Anzahl der Stufen nach den Erfordernissen des speziellen Anwendungsfalls richtet.

Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels nach I"ig. 5 bis 7 ist ähnlich der oben anhand von !"ig. 3 und 4- beschriebenen Arbeitsweise. Das primäre Arbeitsfluidum 11 gelangt also über die Einlaßstutzen 1o3, 1o3' in. die Wärmeaustauscher-Teile 92 und 92' und strömt durch den Bereich konstanten Volumens, wo es unter konstantem Volumen durch Wärmeübertragung durch die Wandabschnitte 111, 111' von dem Sekundärfluidum 24- erwärmt wird, das seinerseits durch die Einlaßstutzen 1o6, 1o6', die Sekundärfluidum-Durchführungen 11o und 11o' sowie die Auslaßstutzen 1o8, 1o8' in Gegenströmung geleitet wird. Das erwärmte Primärfluidum 11 wird von den Auslaßbereichen 96, 96' über die Auslaßbohrungen 114-, 114' in die Einlaßbereiche 117i 117' des Expansionsmaschinen-Teils 9o geleitet, wo es in den Bereichen variablen Volumens expandiert und dadurch den Rotor 12o mit der gemeinsamen Welle 93 in Drehung versetzt. Das expandierte Primärfluidum 11 wird dann über die Auslaßstutzen 123, 123' abgegeben.

Das Ausführungsbeispiel nach Pig. 5 bis 7 ist zwar in seiner Ar-

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beitsweise dem Ausfuhrungsbeispiel nach Fig. 3 und 4- ähnlich, bietet jedoch den Vorteil, daß es mit einer einzigen Abtriebswelle 93 auskommt, an die sämtliche Wärmeaustauscher- und Expansionsmaschinen-Teile gekuppelt sind. Zusätzlich bietet dieses Ausführungsbeispiel den weiteren Vorteil, daß es eine höhere Wärmeübertragungsfähigkeit von dem Sekundärfluidum 24- auf das Primärfluidum 11 gewährleistet, da für jeden Expansionsmaschinen-Teil zwei Wärmeaustauscher-Teile verwendet werden. Die Tatsache zweier Bereiche variablen Volumens in dem Expansionsmaschinen-Teil 9o bringt ferner die Möglichkeit mit sich, daß in einer einzelnen Maschinenstufe ein größeres Drehmoment erzeugt wird als bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4.

Fig. 8 zeigt eine Stirnansicht und Fig. 9 einen längs der Linie 9-9 der Fig. 8 gelegten Schnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels durch eine zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen thermodynamischen Motorsystem geeignete Maschinenstufe. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt jede Maschinenstufe 2o eine einzelne Einheit, die sowohl den Wärmeaustauscher-Teil als auch den Expansionsmaschinen-Teil in einem einzigen Gehäuse 13o vereinigt. Das Gehäuse 3o weist einen hohlen Innenraum auf, der einen ersten Wandabschnitt mit konstantem Radius in dem von einer Primärfluidum-Einlaßöffnung 131 im Uhrzeigersinn zu einer mittleren Winkelstellung nahe einer Sekundärf luidum-Einlaßö ff nung 132 verlaufenden Bereich sowie einen zweiten Wandabschnitt mit zunehmendem Radius in dem von der genannten mittleren Winkelstellung im Uhrzeigersinn zu einer Primärfluidum-Auslaßöffnung 133 verlaufenden Bereich auf. Ein dritter Wandabschnitt in dem Bereich zwischen der Einlaßöffnung 131 und der Auslaßöffnung 132 ist im wesentlichen zylindrisch und weist einen Radius R~ auf, der kleiner ist als R . In dem Gehäuse 13o ist ferner eine Sekundärfluidum-Durchfüh-

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rung 13^ ausgebildet, die zwischen der Sekundärfluidum-Einlaßöffnung 132 und einer Sekundärfluidum-Auslaßöffnung 135 liegt. Die öffnungen 131» 132, 133 und 135 sind mit geeigneten Stutzen 136 bis 139 versehen, die abgedichtet in ihnen befestigt sind.

In dem Gehäuse 13o ist zur Drehung in dem durch den Pfeil 143 gezeigten Uhrzeigersinn ein einzelner im wesentlichen zylindrischer

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- 2ο -

Rotor 14ο, dessen Radius etwas kleiner ist als Rp, auf einer gemeinsamen Welle 142 konzentrisch, bezüglich des Radius R_x, montiert. Der Rotor 14o ist wiederum mit den in Umfangsrichtung verteilten Schlitzen 145, den gleitenden Schaufeln 146 und den Vorspannelementen 147 in der oben beschriebenen Art und Weise und für den dort angegebenen Zv/eck versehen.

An dem Gehäuse 13o sind zwei Seitenplatten 15o, 151 dicht befestigt, um das Gehäuseinnere zu verschließen. Wiederum sind geeignete (nicht gezeigte) Lager vorhanden, die eine Drehung der gemeinsamen Welle 142 und des daran befestigten Rotors 14o gestatten.

Beim Betrieb gelangt das primäre Arbeitsfluidum 11 über den Einlaßstutzen 136 in das Gehäuse 13o und wird im wesentlichen während der ersten 18o° der Rotordrehung einer Erwärmung bei konstantem Volumen unterworfen. Danach expandiert das erwärmte Primärfluidum 11 in den Bereich variablen Volumens zwischen dem Einlaßstutzen 137 und dem Auslaßstutzen 133 und erzeugt dadurch die Drehung der Welle.

Die Ausführungsform nach Fig. 8 und 9 ist außer dem Vorteil, daß sie mit einer einzigen Arbeitswelle 142 auskommt, außerordentlich kompakt und wirtschaftlich herzustellen und zusammenzubauen und wird in einem gegebenen Anwendungsfall dort bevorzugt, wo räumliche Abmessungen oder einfache Montage primäres Erfordernis sind.

Erfindungsgemäß gebaute Systeme finden sehr vielseitige Anwendung und eignen sich insbesondere zur Erzeugung von Leistung an abgelegenen Orten, beispielsweise in auf dem Wasser schwimmenden Sonobojen, meteorologischen Überwachungsstationen, Wetter-Radarstationen, abgelegenen Wolkenbildungs-Stationen und Mikrowellen-Relaisstationen. Da ferner keine flüchtigen Brennstoffe oder heisse Abgase vorliegen, ist die Erfindung für Anwendungen ideal geeignet, in denen Geräusche oder chemische Verschmutzung unzulässig ist oder wo Explosions- oder Feuergefahr besteht. Darüberhinaus läßt sich die Erfindung über einen weiten Bereich von Umgebungstemperaturen ohne Beeinträchtigung ihres Wirkungsgrads be-

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treiben. Da die Erfindung ferner mit einer außerordentlich kurzen Zeitspanne in der Größenordnung von weniger als drei Sekunden auskommt, um ihre volle Arbeitsleistung zu erreichen, eignen sich erfindungsgemäß gebaute Systeme ideal für solche Fälle, wo Notstrom rasch erforderlich ist, beispielsweise in Krankenhaus-Operationssälen.

Über die vorstehende Beschreibung hinaus sind verschiedene Modifizierungen, alternative Ausführungen und Äquivalente möglich. Beispielsweise stellt, obwohl die Erfindung als auf Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur arbeitendes offenes System beschrieben wurde, die Zunahme des Wirkungsgrads aufgrund der Wärmeübertragung auf das Arbeitsfluidum bei konstantem Volumen auch bei solchen Maschinen einen Vorteil dar, die bei irgendwelchen anderen Temperaturen und entweder in offenen Systemen oder geschlossenen Schleifen arbeiten. Insbesondere kann bei kommerziellen Stromgeneratorsystemen und nuklear gespeisten Stationen die Wärme auf das Arbeitsfluidum entweder direkt aus den heißen Verbrennungsgasen oder mit Hilfe eines Sekundärfluidums übertragen werden. Wird die Erfindung bei derartigen Stationen angewendet, so wären die üblicherweise verwendeten herkömmlichen Heizkessel durch Konstantvolumen-Heizeinrichtungen zu ersetzen und der Rest des Systems zur ausgangsseitigen Anpassung dieser Einrichtungen abzuändern. Aus derartigen Änderungen würde sich eine Verminderung im Brennstoffbedarf für die Erzeugung gleicher Leistung ergeben. Zusätzlich zu dem ökonomischen Gewinn würde die thermische und atmosphärische Verschmutzung entsprechend reduziert, und ähnlich wurden Brennstoff reserven geschont. Als weitere Beispiele für Einrichtungen, bei denen sich die Konstantvolumen-Heizung mit Vorteil einsetzen ließe, seien Gasturbinen, Dampfzyklus-Fahrzeuge, Sterling-Maschinen, nuklear gespeiste Generatoren, mit Sonnenenergie gespeiste Maschinen und alle anderen Wärmekraftmaschinen genannt.

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Claims

P_a £_e_n_t_a_n_s_£_r_ü_c_h_e

1.) Thermodynamisch.es Maschinensystem zur Gewinnung von mechanischer Energie aus thermisch-potentieller Energie, g e k e η nzeichnet durch eine Primärfluidum-Schleife (1o), die an eine Quelle (12) zur Speicherung eines primären Arbeitsfluidums (11) bei Tieftemperatur angeschlossen ist, eine Sekundärfluidum-Schleife (25), die an eine Quelle zur Speicherung eines Sekundärfluidums (24) bei einer zweiten Temperatur angeschlossen ist, sowie mindestens eine Maschinenstufe (2o), die einen Konstantvolumen-Wärmeaustauscher (4-1; 92) zur Übertragung von Wärme von dem Sekundärfluidum (24) auf das Primärfluidum (11) umfaßt, wobei der Wärmeaustauscher einen an die Primärfluidum-Schleife (io) angeschlossenen Primärfluidum- · Einlaß (54; 1o4; 131), einen Primärfluidum-Auslaß (45; 96; 133) sowie Sekundärfluidum-Einlaß (57; 1o7; 132) und-Auslaß (59> 1o9; 135) aufweist, sowie eine an den Primärfluidum-Auslaß (45; 96) des Wärmeaustauschers angeschlossene Expansionsmaschine (66; 9o) zur Erzeugung von mechanischer Energie aus dem ihr zugeführten erwärmten Primärfluidum.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärfluidum-Schleife (io) eine offene Schleife und die Sekundärfluidum-Schleife (25) eine das Sekundärfluidum (24) enthaltende geschlossene Schleife ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Vorwärmeaustauscher-Einrichtung (15 ··· 17)» die mit der Primärfluidum-Maschinenstufe (2o) gekoppelt ist und

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das Primärfluidum (11) anfänglich auf eine Temperatur über dem Gefrierpunkt des Sekundärfluidums (24) erwärmt.

4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3_S dadurch gekennzeichnet, daß die Primärfluidum-Schleife (1o) eine Pumpe (13) umfaßt, die das Primärfluidum (11) vom Einlaß der Primärfluidum-Schleife zu der Maschinenstufe (2o) pumpt.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, . daß die Pumpe (13) von der Maschinenstufe (2o) betrieben ist.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5» gekennzeichnet durch einen in die Sekundärfluidum-Schleife (25) stromaufwärts von der Maschinenstufe (2o) eingeschalteten Wärmeaustauscher (32) zur Übertragung von Wärme von einer tertiären Wärmequelle (Q) auf das Sekundärfluidum (24) sowie eine Pumpe (26), die das Sekundärfluidum (24) von dem Wärmeaustauscher (32) an den Sekundärfluidum-Einlaß (57; 1o7; 132) der Maschinenstufe (2o) pumpt.

7· System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärfluidum-Pumpe (26) von der Maschinenstufe (2o) betrieben ist.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7» gekennzei chn e t durch eine mit der Primärfluidum-Schleife (1o) gekoppelte Maschinen-Anlassereinrichtung (21 ...23) mit einem Behälter (23) zur Speicherung einer Menge des Primärfluidums (11) unter Druck sowie einer Ventileinrichtung (22), die das unter Druck gespeicherte Primärfluidum zur Erzeugung einer Startdruckwel-

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le an die Maschinenstufe (2o) abgibt.

9. Maschinenstufe für ein thermodynamisches Maschinensystem, gekennzeichnet durch einen Konstantvolumen-Wärmetauscher (41; 92), der mit einem verhältnismäßig kalten primären Arbeitsfluidum (11) sowie einem verhältnismäßig warmen Sekundärfluidum (24) beaufschlagbar ist, um von dem Sekundärfluidum auf das Primärfluidum Wärme zu übertragen und gleichzeitig das Volumen des Primärfluidums konstant zu halten, und der Einlasse (54, 57; 1o4-, 1o7; 131, 132) für das primäre bzw. das sekundäre Fludium, einen Primärfluidum-Auslaß (45; 96) sowie einen Sekundärfluidum-Auslaß (59; 1o9; 135) aufweist, sowie eine Expansionsmaschine (66; 9o) zur Entnahme von mechanischer Energie aus dem erwärmten Primärfluidum (11), die einen an den Primärfluidum-Auslaß (45; 96) des Wärmeaustauschers angeschlossenen Einlaß (67; 117) und einen Auslaß (71; 122; 133) aufweist.

1o. Vorrichtung nach Anspruch 9j dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher ein Gehäuse (41; 94-; 13o) aufweist, das eine geschlossene Kammer bildet, einen Wandabschnitt mit im wesentlichen konstantem Krümmungsradius (R^) in dem Bereich von dem Primärfluidum-Einlaß (54; 1o4; I3I) in Strömungsrichtung des Primärfluidums zu dem Primärfluidum-Auslaß (45; 96) sowie eine an den Sekundärfluidum-Einlaß (57; 1o7; 132) und -Auslaß (59; 1o9» 135) angeschlossene Sekundärfluidum-Durchführung (60; Ho; 134) aufweist, durch die das Sekundärfluidum (24) strömt, wobei der Gehäuseteil zwischen der Sekundärfluidum-Durchführung und dem besagten Wandab-

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schnitt eine Wärmeübertragungswand (61; 111) bildet, sowie einen im wesentlichen zylindrischen Rotor (46; 97; 14o), der in der Kammer gelagert ist und eine Vielzahl von radial nach außen vorgespannten Elementen (51; 1o1; 146) aufweist, die zwischen dem V/andabschnitt und der Rotoraußenfläche Segmente mit konstantem Volumen bilden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichn et, daß der Sekundärfluidum-Einlaß (57; 1o7; 132), die Durchführung (6o; 11o; 134) und der Sekundärfluidum-Auslaß (59; 1o9; 135) derart angeordnet sind, daß das Sekundärfluidum (24) im Gegenstrom zu dem Primärfluidum (11) durch den Wärmeaustauscher strömt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionsmaschine ein Gehäuse (66; 116; 1<5o) umfaßt, das eine geschlossene Kammer mit einem ersten Wandabschnitt, dessen Krümmungsradius vom Einlaß (67; 117) in Strömungsrichtung zum Auslaß (69; 122) zunimmt, sowie mit einem zweiten Wandabschnitt mit im wesentlichen konstantem Krümmungsradius (Rz) in dem Bereich zwischen dem Auslaß (69; 122) und dem Einlaß (67; 117) bildet, sowie einen im wesentlichen zylindrischen Rotor (75; 12o; 14o),der in der Kammer gelagert ist und eine Vielzahl von radial nach außen vorgespannten Elementen (81; 126; 146) aufweist, die zwischen dem ersten Wandabschnitt und der Rotoraußenfläche Segmente bilden, deren Volumen in Strömungsrichtung zunimmt, wobei der Rotor-einen Krümmungsradius von der Größenordnung des oben genannten Krümmungsradius (R*) aufweist.

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13· Vorrichtung nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch einen weiteren Konstantvolumen-Wärmetauscher (92¹), der Wärme von dem Sekundärfluidum (24) auf das Primärfluidum (11) überträgt und gleichzeitig das Volumen des Primärflui— dums konstant hält, und der Einlasse (Io4-^f, 1o7') für das Primär- bzw. das Sekundärfluidum aufweist, wobei Jeder Wärmeaustauscher (92, 92") ein Gehäuse (94-, 94-') umfaßt, das eine abgeschlossene Kammer mit einem Wandabschnitt, der in dem Bereich von dem Primärfluidum-Einlaß (104-, 1o4-') in Strömungsrichtung zu dem Primärfluidum-Auslaß (96, 96') einen im wesentlichen konstanten Krümmungsradius (R,,) aufweist, sowie mit einer an den Sekundärfluidum-Einlaß (1o7, 1o7') und -Auslaß (1o9, 1o9') angeschlossene Sekundärfluidum-Durchführung (11ο, 11ο¹), durch die das Sekundärfluidum (24-) strömt, bildet, wobei der Gehäuseteil zwischen der Durchführung (11ο, 11o') und dem Wandabschnitt eine Wärmeüb ertragungs wand (111, 111') bildet, ferner einen im wesentlichen zylindrischen Rotor (97, 97'), der in der Kammer drehbar gelagert ist, und eine Vielzahl von radial nach außen vorgespannten Elementen (1o1, 1o1') umfaßt, die zwischen dem Wandabschnitt und der Rotoraußenwand Segmente konstanten Volumens bilden, sowie eine gemeinsame Arbeitswelle (93), wobei die Wärmeaustauscher (92, 92') und die Expansionsmaschine (9o) an die Arbeitswelle (93) gekoppelt sind und die Wärmeaustauscher die Expansionsmaschine flankieren.

14-. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärfluidum-Einlaß (1o7, 1o7'), die Durchführung (11o, 11o') und der Sekundärfluidum-Auslaß (1o9, 1o9')

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jedes Wärmeaustauschers (92, 92') derart angeordnet sind, daß das Sekundärfluidum (24) durch den Wärmeaustauscher im Gegenstrom zu dem Primärfluidum (11) strömt.

15· Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionsmaschine (9o) ein Gehäuse (116) umfaßt, das zwei generell gegenüberliegende Einlasse (117, 117') und Auslässe (122, 122¹) aufweist und eine abgeschlossene Kammer bildet, die zwei erste, generell gegenüberliegende Wandabschnitte (119, 119')i deren Radius in dem Bereich von dem betreffenden Einlaß (117, 117') in Strömungsrichtung zu dem betreffenden Auslaß (122, 122') zunimmt, sowie zwei generell gegenüberliegende zweite Wandabschnitte mit im wesentlichen konstantem Krümmungsradius (IU) im Bereich zwischen dem Jeweiligen Auslaß (122, 122') und dem betreffenden Einlaß (117» 117¹) aufweist, sowie einen im wesentlichen zylindrischen Rotor (12o), der in der Kammer drehbar montiert ist und dessen Krümmungsradius in der Größenordnung des genannten Krümmungsradius (R^) liegt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch g ekennzeich.net, daß die Maschinenstufe (2o) ein einzelnes Gehäuse (13o) umfaßt, das eine geschlossene Kammer mit einem ersten Wandabschnitt mit im wesentlichen konstantem Radius (R^) in dem Bereich von dem Primärfluidum-Einlaß (131) zu einer Zwischenstelle bildet, ferner mit einer an den Sekundärfluidum-Einlaß (132) und -Auslaß (135) angeschlossenen Sekundärfluidum-Durchführung (13²Ot durch die das Sekundärfluidum (24) strömt, wobei der Gehäuseabschnitt zwischen der

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Durchführung (13²O und dem ersten Wandabschnitt eine Wärmeübertragungswand bildet, ferner mit einem zweiten Wandabschnitt, dessen Krümmungsradius in dem Bereich von der Zwischenstelle in Strömungsrichtung zu dem Primärfluidum-Auslaß (153) zunimmt, sowie mit einem dritten ,Wandabschnitt in .dem Bereich zwischen dem Auslaß (133) und dem Einlaß (I3I) mit einem im wesentlichen konstanten Krümmungsradius (Rp), der kleiner ist als der erstgenannte Krümmungsradius (R,,), sowie einen im wesentlichen zylindrischen Rotor (14o), der in der Kammer drehbar gelagert ist und eine Vielzahl von radial nach außen vorgespannten Elementen (146) aufweist, die zwischen dem ersten Wandabschnitt und der Rotoroberfläche Segmente konstanten Volumens und zwischen dem zweiten Wandabschnitt und der Rotoroberfläche Segmente mit zunehmendem Volumen bilden.

17· Thermodynamisch.es Maschinensystem zur Gewinnung von mechanischer Energie aus thermisch-potentialer Energie, gekennzeichnet durch eine Primärfluidum-Schleife (io), die an eine Quelle mit einem primären Arbeitsfluidum (12) anschließbar ist, eine Sekundärfluidum-Schleife (25), die an eine Quelle mit einem Sekundärfluidum anschließbar ist, eine Arbeitswelle (14) und mehrere mit der Arbeitswelle (14) gekuppelte Maschinenstufen (2o), deren jede einen Konstantvolumen-Wärmeaustauscher (41; 92) zur Übertragung von Wärme von dem Sekundärfluidum (24) auf das Primärfluidum (11)., wobei jeder Wärmeaustauscher einen Einlaß (54) und einen Aislaß (45) für das Primärfluidum aufweist, sowie

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eine an den Primärfluidum-Auslaß (4-5) des Wärmeaustauschers angeschlossene Expansionsmaschine (66; 9o) zur Entnahme von mechanischer Energie aus dem ihr zugeführten erwärmten Pri~ märfluidum umfaßt.

18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärfluidum-Schleife (io) eine offene Schleife und die Sekundärfluidum-Schleife (25) eine das Sekundärfluidum (24) enthaltende Schleife ist.

19· System nach Anspruch 17 oder 18, gekenn ze ichn e t durch mehrere in die Primärfluidum-Schleife (1o) stromabwärts von einer anderen der Maschinenstufen (2o) eingeschaltete Vorwärmeaustauscher (15 ...17) zur anfänglichen Erwärmung des Primärfluidums (11) auf eine Temperatur oberhalb des Gefrierpunktes des Sekundärfluidums (24·).

20. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Px'imärfluidum-Schleife do) eine Pumpe (13) umfaßt, die das Primärfluidum (11) vom Einlaß zu dem ersten Vorwärmeaustauscher (15) pumpt.

21. System nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (13) mit der Arbeitswelle (14-) gekoppelt ist.

22. System nach einem der Ansprüche 17 bis 21, gekennzeichnet durch einen in die Sekundärfluidum-Schleife (25) stromaufwärts von den einzelnen Maschinenstufen (2o) eingeschalteten Wärmeaustauscher (32) zur Übertragung von

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- 3ο -

Wärme aus einer tertiären Wärmequelle (Q) auf das Sekundärfluidum (24-) sowie eine Pumpe (26), die das Sekundärfluidum von dem Wärme aus tau scher (32) an den Sekundärf luidum-Einlaß (57 j 1o7; 132) Jeder der Maschinenstufen (2o) pumpt*

23. System nach Anspruch 22, dadurch g. ekennzeich-

n e t, daß die Sekundärfluidum-Pumpe (26) mit der Arbeitswelle (14-) gekuppelt ist.

24. System nach einem der Ansprüche 17 bis 23, gekennzeichnet durch eine mit der Primärfluidum-Schleife

(10) verbundene Maschinen-Startereinrichtung (21 ... 23) _s die einen Behälter (23) zur Speicherung einer Menge an Primärfluidum (11) unter Druck sowie eine Ventileinrichtung (22) umfaßt, die das unter Druck gespeicherte Primärfluidum

(11) einer der Maschinenstufen (2o) zuleitet und eine anfängliche Start-Druckwelle in dem Primärfluidum erzeugt.

25. Verfahren zur Gewinnung von mechanischer Energie aus thermisch-potentieller Energie, dadurch gekennzeichnet, daß thermische Energie von einer verhältnismäßig warmen Quelle auf einen Teil einer Menge an verhältnismäßig kaltem Primärfluidum übertragen und gleichzeitig das Volumen dieses Teils des Primärfluidums im wesentlichen konstant gehalten wird und daß die auf das Primärfluidum übertragene thermische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird,

26. Verfahren nach Anspruch' 25, dadurch gekennze ichn e t, daß zur Wärmeübertragung das Primärfluidum durch einen Bereich mit konstantem Volumen geleitet wird und-daß

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die verhältnismäßig warme Quelle durch, einen Wärmeübertragungsbereich in thermischem Kontakt mit dem Primärfluidum geleitet wird.

27.Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß zur Energieumwandlung der besagte Teil des Primärfluidums nach der Wärmeübertragung expandiert wird und daß die Expansion dieses Fluidumteils zum· Antrieb einer mechanischen Einrichtung verwendet wird.

28· Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wärmeübertragung thermische Energie aus einer verhältnismäßig warmen Quelle auf ein Sekundärfluidum übertragen wird und daß ein Teil der thermischen Energie in dem Sekundärfluidum auf den besagten Teil des Primärfluidums übertragen wird.

29. Thermodynamisch^ Einrichtung zur Umwandlung von in einem primären Arbeitsfluidum verhältnismäßig niedriger Temperatur gespeicherter thermisch-potentieller Energie in eine andere Energieform, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (25), durch die ein Sekundärfluidum (24-) verhältnismäßig hoher Temperatur zirkuliert, sowie eine Wärmeübertragungseinrichtung (4-1; 92), die zwischen dem Sekundärfluidum und dem Primärfluidum einen Wärmeübertragungsbereich (60; Ho; 134-) bildet, der zur Vermeidung einer Vereisung gegen die Umgebung abgeschirmt ist.

3-0. Einrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulationseinrichtung (25) einen in sich ge-

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schlossenen Strömungspfad bildet.

31. Therme-dynamisches Maschinensystem zur Umwandlung von thermisch-potentieller Energie in mechanische Energie, g ekennzeichnet durch einen Primärfluidum-Pfad (1o), der an eine ein primäres Arbeitsfluidum (11) bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur speichernde Quelle (12) anschließbar ist, einen Sekundärfluidum-Pfad (25) für ein Sekundärfluidum (24) mit verhältnismäßig hoher Temperatur, einen Wärmeaustauscher (4-1; 92) _s der zwischen einem Teil des Primärfluidum-Pfades und einem Teil des Sekundärfluidum-Pfa— des einen Wärmeübertragungsbereich (6o; 11o; 134-) bildet, der zur Verhütung einer Vereisung gegen die Umgebung abgeschirmt ist, sowie eine mit dem Wärmeaustauscher gekoppelte Maschine (66; 9o) zur Erzeugung von mechanischer Energie aus dem von dem Wärmeaustauscher ihr zugeführten erwärmten Primärfluidum.

32. System nach Anspruch 31 * dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher ein Gehäuse (4-1; 116; 13o) mit zwei Strömungskanälen zur Aufnahme der besagten Teile des Primärfluidum- und Sekundärfluidum-Pfades sowie mit einer zwischen den beiden Kanälen befindlichen im wesentlichen festen Wand (6o; 11o;134-) zur Bildung des Wärmeübertragungsbereiches umfaßt.

33· System nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4-1; 116) teilzylindrisch ist und daß der Primärfluidum-Kanal eine teilzylindrische Bahn innerhalb des Gehäuses beschreibt.

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34-. Verfahren zur Erhaltung der Y/ärmeübertragungsleistung einer thermodynamisehen Vorrichtung, die mit einem primären Arbeitsfluidum verhältnismäßig niedriger Temperatur arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärfluidum längs eines Primärfluidum-Pfades geleitet wird, daß ein Sekundärfluidum verhältnismäßig hoher Temperatur längs eines Sekundärfluidum-Pfades geleitet wird und daß von dem Sekundärfluidum auf das Primärfluidum Wärme durch einen Wärmeübertragungsbereich übertragen wird, der zur Vermeidung einer Vereisung gegen die Umgebung abgeschirmt ist.

35· Verfahren nach Anspruch y±, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärfluidum-Pfad geschlossen ist.

36. Vorrichtung nach Anspruch 34- oder 35 j dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertragungsbereich im wesentlichen fest ist.

37· Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansion im wesentlichen isentropisch durchgeführt wird ο

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