(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の流体、特に空調システムの冷却剤を状態調整するエキスパンダ型熱交換器ユニットであって、熱交換器を有し、前記熱交換器は、
前記第１の流体を流通させることができるよう設計された第１の管要素ユニット（３ａ）と、
前記第１の流体を流通させることができるよう設計された第２の管要素ユニット（３ｂ）と、
前記エキスパンダ型熱交換器ユニット内の前記第１の流体を膨張させるエンジン／機械と、を有し、
前記エンジン／機械は、湾曲した接触面相互間に作業空間（Ａ）を画定する膨張段内側ホイール（１５ａ）と膨張段外側ホイール（１５ｂ）を備えた膨張段（１５）を有し、第１の可動支持要素（１９）が、前記膨張段内側ホイール（１５ａ）及び前記膨張段外側ホイール（１５ｂ）と関連しており、前記第１の可動支持要素は、その前側が前記膨張段内側ホイール（１５ａ）及び前記膨張段外側ホイール（１５ｂ）に押し付けられる、エンジン／機械において、調節可能な制御要素（４１，４２，５１，５６）が、前記第１の可動支持要素（１９）と関連し、前記調節可能な制御要素は、前記膨張段（１５）及び（又は）前記エンジン／機械（２，２′，２″）の動作中に変化するパラメータの関数として、特に、前記膨張段（１５）の入口導管及び（又は）出口導管内の圧力及び（又は）前記膨張段（１５）の平均圧力の関数として調節でき、
前記第１の流体の移送は、中間出口（１０）を介して前記熱交換器（３）から圧縮機段（１４）まで達成でき、
前記第１の流体の移送は、中間入口（１１）を介して圧縮機段（１４）から前記熱交換器（３）まで達成でき、
前記第１の流体を前記第２の管要素ユニットから取り出すための出口連結分配器（１３）が設けられ、前記出口連結分配器を介して前記第１の流体を膨張段に移送することができ、
圧縮機段（１４）及び膨張段（１５）は、円筒形空間容積部内に配置され、前記円筒形空間容積部の直径は、その軸方向長さの１０％〜９０％、特に２０％〜７０％である、エキスパンダ型熱交換器ユニット。
【請求項２】
前記圧縮機段（１４）と前記膨張段（１５）は、互いに隣接して配置され、特に、トルク伝達方式で互いに結合されている、請求項１記載のエキスパンダ型熱交換器ユニット。
【請求項３】
前記エキスパンダ型熱交換器ユニット内における潤滑剤循環率は、０．１％〜３．５％である、請求項１又は２記載のエキスパンダ型熱交換器ユニット。
【請求項４】
前記圧縮機段（１４）と前記膨張段（１５）は、同一のプロフィールのものであるが、長さが互いに異なる、請求項１〜３のうちいずれか一に記載のエキスパンダ型熱交換器ユニット。
【請求項５】
並列膨張装置が、膨張側に設けられている、請求項１〜４のうちいずれか一に記載のエキスパンダ型熱交換器ユニット。
【請求項６】
前記膨張段（１５）の動力出力を変化させる調節可能な制御要素（４１，４２，５１，５６）が設けられ、前記調節可能な制御要素は、前記膨張段（１５）及び（又は）前記圧縮機段（１４）の動作中に変化させることができるパラメータの関数として調節できる、請求項１〜５のうちいずれか一に記載のエキスパンダ型熱交換器ユニット。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか一に記載のエキスパンダ型熱交換器ユニット内の第１の流体を膨張させるエンジン／機械であって、前記調節可能な制御要素（４１，４２，５１，５６）は、前記第１の支持要素（１９）と前記膨張段内側ホイール（１５ａ）及び（又は）前記膨張段外側ホイール（１５ｂ）との間の接触圧力を変化させることを特徴とするエンジン／機械。
【請求項８】
前記調節可能な制御要素（４１，４２，５１，５６）は、前記第１の支持要素（１９）に接触圧力を及ぼし、前記接触圧力は、前記第１の支持要素から前記膨張段（１５）に伝達される、請求項７記載のエンジン／機械。
【請求項９】
前記調節可能な制御要素は、前記膨張段（１５）の前記入口導管及び（又は）前記出口導管内の圧力により加重される空気圧ばね（４１，５６）として設計されている、請求項７又は８に記載のエンジン／機械。
【請求項１０】
前記支持要素（１９）とハウジングに固定されたカバー（１６ｅ）との間の前記調節可能な制御要素（４１，５６）は、特に前記カバー（１６ｅ）及び前記支持要素（１９）と一緒になって、圧力容積部を包囲する環状密封要素（３９）を備えている、請求項７〜９のうちいずれか一に記載のエンジン／機械。
【請求項１１】
前記調節可能な制御要素は、定位置又は休止状態では予備張力下にある機械式ばね（５３，３７）と関連し且つ前記制御要素と並列に連結された空気圧ばね（４１，４２，５６）として設計されている、請求項７〜１０のうちいずれか一に記載のエンジン／機械。
【請求項１２】
前記調節可能な制御要素は、可動ピストン又はピン（５１）として設計され、前記可動ピストン又はピンの前側（５１ｂ）を前記膨張段（１５）の入口側圧力で加重することができ、前記可動ピストン又はピンの後側を前記膨張段の出口側圧力で加重することができる、請求項７〜１１のうちいずれか一に記載のエンジン／機械。
【請求項１３】
前記調節可能な制御要素（５１）は、第１の動作位置では、オーバーフロー導管（５８）を少なくとも部分的に閉塞し、前記オーバーフロー導管（５８）は、前記膨張段（１５）の入口導管（３３）及び作業空間（Ａ）に直接又は間接的に通じている、請求項７〜１２のうちいずれか一に記載のエンジン／機械。
【請求項１４】
幾つかの前記調節可能な制御要素（４１，４２，５１，５６）は、前記エンジン／機械内部の前記エンジン／機械の作動レベルの関数として前記膨張段ホイール（１５ａ，１５ｂ）に加わる前記支持要素（１９）の前側接触圧力を自動的に変化させる、請求項７〜１３のうちいずれか一に記載のエンジン／機械。
【請求項１５】
前記膨張段（１５）は、前記圧縮機段（１４）と関連し、前記圧縮機段（１４）は、前側が圧縮機内側ホイール（１４ａ）及び（又は）圧縮機外側ホイール（１４ｂ）に押し付けられる第２の可動支持要素（２３）と関連しており、前記第２の可動支持要素（２３）は、第２の調節可能な支持要素（４５，４６）と関連しており、前記第２の調節可能な支持要素は、前記圧縮機段（１４）及び（又は）前記エンジン／機械（２，２′，２″）の作動中に変化することができるパラメータの関数として、特に、圧縮機段（１４）の入口導管及び（又は）出口導管内の圧力の関数として調節できる、請求項７〜１４のうちいずれか一に記載のエンジン／機械。
【請求項１６】
前記第２の調節可能な制御要素（４５，４６）は、第２の支持要素（２３）と前記圧縮機内側ホイール（１４ａ）及び（又は）前記圧縮機外側ホイール（１４ｂ）との間の接触圧力を変化させる、請求項１５記載のエンジン／機械。
【請求項１７】
前記第２の調節可能な制御要素（４５，４６）は、前記第２の支持要素（２３）に接触圧力を及ぼし、前記接触圧力は、前記第２の支持要素から前記圧縮機段（１４）に伝達される、請求項１５又は１６に記載のエンジン／機械。
【請求項１８】
前記圧縮機段（１４）及び前記膨張段（１５）は、共通のハウジング（１６）内に配置され、前記ハウジング（１６）は、前記圧縮機ホイール（１４ａ，１４ｂ）と前記膨張段ホイール（１５ａ，１５ｂ）との間で前記ハウジング内に不動的に配置された断熱分離壁（２１）を備え、前記圧縮機ホイール及び前記膨張段ホイールは、接触した状態で前記断熱分離壁上で休止する、請求項１５〜１７のうちいずれか一に記載のエンジン／機械。
【請求項１９】
前記圧縮機段（１４）及び前記膨張段（１５）は、前記ハウジングに固定された中空シャフト（２２）の内側で回転可能に支持された共通シャフト（１７）を有する、請求項１５〜１８のうちいずれか一に記載のエンジン／機械。
【請求項２０】
前記膨張段（１５）は、可変膨張容積部を有し、前記第１の流体の内部膨張を前記可変膨張容積部内で実施することができ、
前記膨張段（１４）は、可変圧縮容積部を有し、前記第１の流体の内部圧縮を前記可変圧縮容積部内で実施することができる、請求項１５〜１９のうちいずれか一に記載のエンジン／機械。
【請求項２１】
前記膨張段（１５）及び前記圧縮機段（１４）は各々、シャフト（２２）で支持された内側ホイール（１４ａ，１５ａ）を備えると共にハウジングで支持されると共に前記内側ホイールを包囲した外側ホイール（１４ｂ，１５ｂ）を備え、
前記内側ホイール（１４ａ，１５ａ）は、外側はめ歯と関連し、
前記外側ホイール（１４ｂ，１５ｂ）は、前記外側はめ歯と噛み合う対応の内側はめ歯と関連し、
前記内側ホイール及び前記外側ホイールは、これらが互いに間隔を置いた２つの回転軸線（１７ａ，１６ａ）回りに回転できるような仕方で支持されている、請求項１５〜２０のうちいずれか一に記載のエンジン／機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の流体、特に空調システムの冷却剤を状態調整するエキスパンダ型熱交換器ユニットであって、熱交換器を有し、熱交換器が、第１の流体を流通させることができるよう設計された第１の管要素ユニットと、第１の流体を流通させることができるよう設計された第２の管要素ユニットとを備え、第１の流体の移送は、中間出口を介して熱交換器から圧縮機段まで達成でき、第１の流体の移送は、中間入口を介して圧縮機段から熱交換器まで達成でき、第１の流体を第２の管要素ユニットから取り出すための出口連結分配器が設けられ、出口連結分配器を介して第１の流体を膨張段に移送することができるよう構成されたエキスパンダ型熱交換器ユニットに関する。
本発明は更に、特に第１の流体を膨張させるのに役立つと共に湾曲した接触面相互間に作業空間を画定する膨張段内側ホイールと膨張段外側ホイールを一部として備えた膨張段を有し、第１の可動支持要素が、膨張段内側ホイール及び膨張段外側ホイールと関連しており、第１の可動支持要素の前側が膨張段内側ホイール及び膨張段外側ホイールに押し付けられるよう構成されたエンジン／機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、種々の作動条件下において特に高い効率で第１の流体に関する膨張及び熱伝達を行うことができる上述した形式のエキスパンダ型熱交換器ユニットを利用という課題に取り組むものである。さらに、本発明は、少なくとも広い作動範囲において向上した効率を有し且つ上述したエキスパンダ型熱交換器ユニットに用いることができる上述した形式の機械を利用するという課題に取り組むものである。特に、本発明は、考え得る最も簡単な手段により種々の作動条件に合うようなエンジン／機械の改造を実現するという課題に取り組むものである。
【発明の開示】
【０００３】
この課題は、請求項１の特徴を備えたエキスパンダ型熱交換器ユニットによって解決される。この場合、第１の流体が流通することができるように設計された第２の管要素に第１の流体が流れることができるようにする第１の管要素ユニットの結合部が提供される。この場合、第１の状態調節プロセスが、第１の管要素ユニット内で好ましい仕方で起こり、このプロセスでは、熱は、第１の流体と空気との間で伝達される。その結果、第１の流体を圧縮機段で圧縮することができる。第２の冷却プロセスは、第２の管要素ユニット内で適度に高められた圧力レベルで実現でき、このプロセスでは、第１の流体は、一段と冷却される。これに対応して、種々の温度範囲が、第１の管要素ユニット及び第２の管要素ユニットと関連し、かかる温度範囲を空気の供給温度によって調節することができる。第１の流体は、第２の管要素ユニットを流通した後、技術的作動が膨張段から圧縮機段に移されて内部におけるエネルギーの回復が可能であるような仕方で膨張段で膨張可能である。
【０００４】
上述の課題は、更に、請求項９記載の特徴を備えた機械によって解決される。この場合、第１の流体の移送は、中間出口を介して熱交換器から圧縮機段まで達成でき、第１の流体の移送は、中間入口を介して圧縮機段から熱交換器まで達成でき、第１の流体を第２の管要素ユニットから取り出すための出口連結分配器が設けられ、出口連結分配器を介して第１の流体を膨張段に移送することができ、圧縮機段及び膨張段は、円筒形空間容積部内に配置され、円筒形空間容積部の直径は、その軸方向長さの１０％〜９０％、特に２０％〜７０％である。制御要素を調節することにより影響を第１の可動支持要素の位置及びこれに加わる力に及ぼすことができる。この結果、膨張段に対する接触圧力の自己調節性適合が行われる。その結果、第１の支持要素の接触圧力を自動的に且つ膨張段の作動状態の関数として変化させることができ、その結果、摩擦及び動力の状態を良好に調節することにより膨張段を良好な効率の作動点で作動させることができるようになる。
【０００５】
上述の課題は、更に、請求項１５記載の特徴を備えた機械によって解決される。この場合、調節可能な制御要素が、第１の可動支持要素と関連し、調節可能な制御要素は、膨張段及び（又は）エンジン／機械の動作中に変化するパラメータの関数として、特に、膨張段の入口導管及び（又は）出口導管内の圧力及び（又は）膨張段の平均圧力の関数として調節できる。このように、ピンをエンジン／機械に対する圧力条件の関数として第１の作動位置から第２の作動位置に移送することができ、第１の流体それ自体によって駆動することができる。好ましくは、入口圧力の或る特定のしきい値を超えた場合に占められる第２の作動位置では、ピンは、好ましくは、流入断面を膨張段内に変化させて膨張機械の動力出力を好ましくは一段と減少させるようにする。
【０００６】
上述の課題は、更に、請求項１８記載の特徴を備えた機械によって解決される。この場合、調節可能な制御要素は、可動ピストン又はピンとして設計され、可動ピストン又はピンの前側を膨張段の入口側圧力で加重することができ、可動ピストン又はピンの後側を膨張段の出口側圧力で加重することができる。第２の調節可能な制御要素は、第２の支持要素に作用する好ましい仕方で接触力に影響を及ぼし、この接触力は、第２の支持要素を圧縮機段に移送する。その結果、支持要素の接触圧力を自動的に且つ圧縮機段の作動状態の関数として変化させることができ、その結果、摩擦及び動力の条件を良好に調節することにより圧縮機段を良好な効率の作動点で作動させることができるようになる。
【０００７】
別の特徴及び特徴の組み合わせは、特許請求の範囲の記載並びに以下において例示の仕方で説明する例示の実施形態から結果的に得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
いわゆるエキスパンダ型熱交換器ユニットとしての役目を果たす自動車用空調システムの熱交換器ユニット１が、図１、図２及び図５によれば、流体−空気熱交換器の形態をした熱交換器３と、好ましくは平行六面体（図２参照）のような形をした共通ケーシング容積部４内に配置されている第１の膨張段／圧縮機ユニット２の形態をしたエンジン／機械とを備えている。熱交換器ユニット１は、特に、第１の流体と周囲空気の形態をした第２の流体との間の熱の交換を可能にするのに役立ち、特に、細部が図７に概略的に記載されていて、空調システムの一部をなす冷却剤回路の冷却剤が、第１の流体として選択される。さらに、熱交換器ユニット１は、第１の流体の熱力学的及びエネルギー的状態を調節するのに役立つ。
【０００９】
好ましい冷却剤回路は、特に、ガス状冷却剤を圧縮して運搬する冷却剤圧縮剤Ｋを備え、この圧縮機は、本発明に従って、吐出側が熱交換器ユニット１に結合されている。第２の熱交換器Ｗ２が、本発明に従って熱交換器ユニット１から見て下流側に配置されており、この第２の熱交換器において、液体冷却剤が冷却プロセスの原理により蒸発する。収集器ユニットＳ（液体分離器）が、第２の熱交換器の次に位置するのが良く、この収集器ユニットでは、液体冷却剤をガス状冷却剤から分離することができる。ガス用冷却剤を収集機ユニットＳから引き出して冷却剤圧縮剤Ｋに供給する。かくして、結果的に、特に簡単な構造の閉鎖冷却剤回路が得られる。当然のことながら、冷却剤回路を両方向に作動させることができ、かくして、ヒートポンプしても作動させることができるということは、言うまでもない。さらに、理解されるように、冷却剤の形態をした第１の流体は、或る量の潤滑剤を同伴しており、かかる潤滑剤により、冷却剤回路中の可動部品を潤滑することができる。０．１％〜３．５％の潤滑剤潤滑率が好ましい。さらに、理解されるように、冷却剤それ自体を冷却剤回路の可動部品のための冷却剤として用いることができる。
【００１０】
例示の改造型実施形態では、熱交換器ユニット及び（又は）膨張段／圧縮機段を可動又は静止冷却系統及び（又は）ヒートポンプの冷却剤回路中に設けることができる。別の例示の改造型実施形態では、別のガス状及び（又は）液体状の第２の流体は、空気に代えて熱交換器ユニットのために提供される。別の例示の改造型実施形態では、流体−空気熱交換器は、これを少なくとも３種類の物理的且つ（或いは）化学的に異なる流体が流通することができるよう設計されている。
【００１１】
共通ケーシング容積部４は、垂直軸線Ｈに平行に差し向けられる（ほぼ垂直に又は垂直線に対して最高３０°まで傾けられる）と共に熱交換器ユニットの横方向軸線Ｑに平行に差し向けられた比較的広い第１の前面４ａを有し、かかる前面を通って幾つかの空気の流れ及び（オプションとして第３の流体）を貫流軸線Ｄの方向に流体−空気熱交換器３に供給することができる。これに対応した仕方で、液体−空気熱交換器３は、貫流軸線Ｄの方向に特定の空気の流れについて透過性であるように設計されている。空気の流れは、第１の前面４ａと反対側の第２の前面４ｂの側で流体−空気熱交換器３から取り出すことができる。
【００１２】
流体−空気熱交換器３は、本発明によれば、第１の管要素ユニット３ａ及び第２の管要素ユニット３ｂを備え、これら管要素ユニットは各々、横方向軸線Ｑの方向に整列した複数本の管要素５を備えている。管要素５は、主として横方向軸線Ｑの方向に第１の流体を故意に案内するために設けられ、管要素５は、特に、第１の流体を流通させることができる１つ又は数個の中空空間を備えた平べったい管（フラットチューブ）プロフィールとして設計されている。熱伝導熱交換要素６、例えばいわゆるフィンが、好ましい仕方で個々の管要素５相互間に配置されると共に熱伝導連結方式で管要素５に固定されている。図１及び図２では、図面を分かりやすくするために、管要素相互間に設けられた熱交換要素の一部しか示されていない。管要素５は、これらの周りに第２及び（又は）第３の流体が特に貫流方向Ｄに流れることができるように設計されている。
【００１３】
第１の管要素ユニット３ａは、管要素ユニットを包囲している平行六面体管要素ケーシング容積部７内で第２の管要素ユニット３ｂの真下に配置されている。第１の空気の流れが、好ましい仕方で第１の管要素ユニット３ａと関連しており、第２の空気の流れが、第２の管要素ユニット３ｂと関連しており、第１の空気の流れは、第２の空気の流れよりも高い温度を有するのが良い。例示の改造型実施形態では、連続温度勾配が、空気の流れについて与えられ、これら空気の流れの最も低い温度レベルは、特に、管要素ケーシング容積部７の垂直方向上方領域７ａに位置する。
【００１４】
流体−空気熱交換器３は、下方領域４ｃ内に設けられた入口連結分配器８を更に備え、この分配器には、送り込み部８を経て第１の流体を供給することができる。第１の流体を入口連結分配器８経由で第１の管要素ユニット３ａに送ることができ、この第１の流体を入口連結分配器８の領域で複数本の管要素５に分配することができる。この場合、第１の管要素ユニット３ａの管要素５は、好ましくは、第１の管要素ユニット内の第１の流体の流れが第１の偏向分配器９の領域内で少なくとも一回転、１８０°だけ逸らし、中間出口１０経由で第１の管要素から導き出すことができるような仕方で連結されている。第１の流体を垂直軸線Ｈの方向に第１の管要素ユニット３ａ経由で中間出口１０まで上方に送ることができ、この中間出口１０は、入口連結分配器８のほぼ上に配置されている。かかる構成は、好ましくは、第１の流体が第１の管要素ユニット内で全ての動作状態においてガスの状態で存在し、かくして第１の管要素ユニットを通って第１の流体を垂直方向に上方に送ることができる場合に実現可能である。
【００１５】
さらに、流体−空気熱交換器３は、共通ケーシング要素器具４の垂直方向上方領域４ｄ内に中間入口１１を備え、この中間入口を経て第１の流体を第２の管要素ユニット３ｂに供給することができる。この場合、第２の管要素ユニット３ｂの管要素５は、好ましくは、第２の管要素ユニット内の第１の流体の流れを数個の第２の偏向分配器１２の領域内で数回１８０°偏向させることができるような仕方で連結されている。最後に、第１の流体は、出口連結分配器１３を経て第２の管要素ユニット３ｂから導き出され、かくして、流体−空気熱交換器３から導き出される。出口連結分配器１３は、好ましくは、第１の流体が第２の管要素ユニット３ｂを流通しているときに或る特定の測地学的勾配を通るように中間入口１１の下の高さ位置で垂直軸線Ｈに対して配置されている。具体的に言えば、出口連結分配器１３は、第２の管要素ユニット３ｂの下方部分内に且つ第１の管要素ユニット３ａの上方に配置されている。第１の流体の互いに異なる相組成は、第１及び（又は）第２の管要素ユニットを流通するときに流体−空気熱交換器のかかる構成により容認でき、かかる流通中、凝縮により多少なりとも多い液体相成分を達成することができる。
【００１６】
上述したように、図１及び図２に記載した第１の膨張段／圧縮機ユニット２の形態をしたエンジン／機械は、流体−空気熱交換器３と関連している。中間出口１０を介して第１の管要素ユニット３ａからの第１の流体を第１の膨張段／圧縮機ユニット２に供給することができ、第２の管要素ユニット３ｂは、膨張段／圧縮機ユニット２の後に連結されている。熱交換器３と膨張段との間の移送パイプラインは、特に好ましい仕方で熱伝導性が低いジャケット等によって断熱されるよう設計されている。
【００１７】
図３を参照すると、第２の膨張段／圧縮機ユニット２′の形態をしたエンジン／機械も又、圧縮機段１４及び膨張段１５を備えている（同一であり又は同一の作用効果を有する構造要素には、図１及び図２に記載した第１の膨張段／圧縮機ユニットの場合と同一の参照符号が付けられている。
【００１８】
圧縮機段１４及び膨張段１５は、少なくとも部分的に円筒形である共通ハウジング１６（図３参照）内に配置されている。ハウジング１６は、好ましくは、貫流軸線Ｄの方向に流体−空気熱交換器３と同一の幅を有する。例示の改造型実施形態では、膨張段及び圧縮機段は、別々のハウジング内に収容されるが、互いに隣接して配置される。別の例示の改造型実施形態では、膨張段と圧縮機段を変速ユニット及び（又は）クラッチユニットを介してトルクに対して万全の仕方で互いに結合しても良い。具体的に言えば、熱交換器ユニット及び（又は）自動車用空調ユニットの作動状態の関数として変化させることができる膨張段と圧縮機ユニットの結合部が提供される。この目的のため、自動車用空調ユニット及び（又は）熱交換器ユニットの作動状態についての情報を少なくとも１つのセンサを介して受け取る調節装置／制御装置が設けられる。
【００１９】
第１の流体を移送する数本の導管が、ハウジング１６内に配置されており、これらにつき以下に詳細に説明する。中心軸線１６ａを備えた実質的に円筒形の空き場所又は空間１６ｂがハウジング１６内に形成されており、この空間内には、共通シャフト１７が、それ自体の回転軸線回りに回転できるような仕方で偏心的に支持されており、中心軸線１６ａと共通シャフトの回転軸線は、互いに一定の距離を置いている。共通シャフト１７は、非回転中空心棒２２内に回転可能に支持されており、中空心棒２２は、中央断熱分離壁２１を介してハウジング１６内に実質的に不動状態で挿入されている。例示の改造型実施形態では、具体的には電気モータユニット及び（又は）発電機ユニットとして設計された別の機械が、共通シャフト１７に結合されている。種々のロスを最小限に抑えるために、貫通シャフトによりエンジン／機械内に電気機械を組み込むのが良い。代替的に又は追加的に、電気機械と共通シャフト１７との間に取り外し可能な非確動又は確動クラッチを設けるのが良い。他の例示の改造型実施形態では、他の機械的及び（又は）電気的消費手段が、共通シャフト１７に結合される。
【００２０】
一方、膨張段内側ホイール１５ａが、中空心棒２２で回転可能に支持されている。他方、圧縮機段内側ホイール１４ａが、中空心棒２２で支持されており、２つのカム装置１７ｂ，１７ｃが、膨張段内側ホイール１５ａ、圧縮機段内側ホイール１４ａ及び共通シャフト１７の回転防止結合を可能にしている。外側ホイール、即ち、膨張段外側ホイール１５ｂ及び圧縮機段外側ホイール１４ｂが、膨張段内側ホイール１５ａ及び圧縮機段内側ホイール１４ａと関連している。内側はめ歯が膨張段外側ホイール１５ｂに設けられ、この内側はめ歯は、膨張段内側ホイール１５ａに設けられた対応の外側はめ歯と噛み合っている。膨張段ホイール１５ａ，１５ｂは、歯数比が５：４の内部心棒回転ピストン機械を形成している。内側はめ歯が、圧縮機段外側ホイール１４ｂに設けられ、この内側はめ歯は、圧縮機段内側ホイール１４ａに設けられた対応の外側はめ歯と噛み合っている。圧縮機段ホイールも又、好ましくは、歯数比が５：４の内部心棒回転ピストン機械を形成している。その結果、内側ホイールは、共通シャフト１７と一緒になって、機械のいわゆる動力出力部を形成している。変形例として、円形噛み合い方式又は他の種々の噛み合い方式を備えた回転ピストン機械が可能であることは言うまでもなく、この場合、膨張段及び圧縮機段では、他の歯数比、例えば４：３、８：７又は６：５等を採用することができる。別の例示の改造型実施形態では、圧縮機段ホイールと膨張段ホイールとの間にスリップ係合方式（バンケル（Wankel）モータの状態と同等である）を設けることができる。かかる場合、圧縮機段及び膨張段の外側ホイールは、動力ロータとしてトルク伝達方式で互いに結合される。
【００２１】
本発明の例示の好ましい実施形態では、補償／ロータ表面比は、２０％〜５０％、特に好ましくは約３０％〜４０％である。さらに、例示の好ましい実施形態では、実質的に同一のプロフィール及び実質的に同一のはめ歯が、圧縮機段及び膨張段に関して選択され、更に、圧縮機段及び膨張段の互いに異なる長さが好ましくは選択される。
【００２２】
外側ホイール１４ｂ，１５ｂは、幾何学的中心軸線１６ａ回りに回転可能に共通ハウジング１６内の中央に支持されており、少なくとも１つの環状ころ軸受装置及び（又は）摩擦軸受け装置１８ａ，１８ｂが設けられている。複数の円筒形又は球形ころ（ローラ）要素は、共通ケージ内に保持できるころ軸受装置１８ａ，１８ｂと考えることができる。ころ軸受装置及び（又は）摩擦軸受装置は、好ましくは、潤滑剤リザーバ及び（又は）潤滑剤供給装置と関連している。例示の改造型実施形態では、ニードル軸受一式が、好ましくは閉じられた外側及び（又は）内側リングを備えている。例示の改造型実施形態では、特定の外側ホイールに加わる結果としての力の領域に案内シューが設けられ、特定の外側ホイールは、この案内シューで支持されている。案内シューを別個の構造要素として設計しても良く、この案内シューは、比較的小さな接触面を有し、支持された外側ホイールは、この接触面上で接触関係をなして摺動する。
【００２３】
ハウジング１６の第１の前方側部１６ｃの領域に第１のハウジングカバー１６ｅが設けられており、このカバーは、肩に軸方向に当接したリング１６ｇによってハウジング１６内に支持されている。環状シール１６ｊをその外周に沿って設けるのが良い。第１の（機械式）螺旋ばね３７を或る特定の予備張力により特に好ましい仕方でハウジングカバーの内側凹部又は窪み内に挿入するのが良い。別の形式のばね要素、具体的には油圧又は空気圧ばね要素も又、公知の仕方で用いることができる。別の好ましい仕方では、数個のばね要素を中心軸線１６ａ回りに対称に又は一様に配置して結果的にばねの力が一様に共通して及ぼされるようにするのが良い。
【００２４】
第１の、好ましくは金属製又はセラミック製の支持要素１９が、一方において膨張段１５の要素と他方において第１のハウジングカバー１６ｅとの間に設けられ、この支持要素１９は、少なくとも１つの円周方向密封リング２０をその周囲に沿って支持している。第１の支持要素１９は、軸線１６ａの方向に可動的に支持されており、膨張段内側ホイール１５ａ及び膨張段外側ホイール１５ｂを前側で支持している。第１の支持要素１９は、好ましくは、かなり小さい力から中くらいまでの力で螺旋ばね３７を介して膨張段ホイール１５ａ，１５ｂに押し付けられ、この螺旋ばねは、予備張力下で支持要素とハウジングカバー１６ｅとの間に挿入されている。この構成は、膨張段ホイールへの支持要素１９の確実な押し付けが、静止中であっても始動中であっても螺旋ばね３７の予備張力によって可能になるエンジン／機械の始動の際に特に適切になる。
【００２５】
厚さが膨張段の直径の例えば約０．５％であるスロットが、第１の支持要素１９と第１のハウジングカバー１６ｅの対向した前面相互間に設けられている。例示の変形実施形態では、ロータ直径とスロット厚さの比は、５００：１未満であるように選択されている。好ましくはドーナツ形の第１の弾性リングシール３９が、スロット内に嵌め込まれている。第１のリングシール３９は、オプションとして、特に第１のハウジングカバー１６ｅの側で対応のリング溝４０と関連しており、このリング溝は、第１のリングシール３９を弛緩状態で少なくとも部分的に受け入れ、このリング溝の容積は、リングシール３９を圧縮又は変形状態で実質的に完全に受け入れるのに十分である。エンジン／機械の作動状態の大部分において、第１のリングシール３９は、軸方向に張力下にあり、第１の小さな圧力容積部４１が第１のハウジングカバー１６ｅと第１の支持要素１９との間でスロット内のリングシール３９の内側に画定されるような仕方で環状溝４０から突き出ることが必要である。第１の圧力容積部４１は、第１のボア４７を介して膨張段１５の入口側と連通している。この容積部は、空気圧ばねの形態をした一種の第１の制御要素を構成し、この空気圧ばねの圧力は、膨張ユニットの入口圧力の関数である。
【００２６】
さらに、小さな第２の圧力容積部４２が、第１の圧力容積部に隣接した状態で第１のハウジングカバー１６ｅと第１の支持要素１９との間のスロット内に形成されており、この第２の圧力容積部４２は、第１のリングシール３９の外部を包囲しており、オプションとして、第１の螺旋ばね３７の受け入れ部と連通している。第２の圧力容積部４２は、好ましくは、厚さが１ｍｍ未満、特に０．５ｍｍ未満の薄い又は非常に薄い接合部として設計されている。第１の圧力容積部４１の厚さは、好ましくは、第２の圧力容積部４２の厚さと同一である。第２の圧力容積部４２は、第２のボア４８を介して膨張段１５の出口側と連通している。この第２の圧力容積部４２は、空気圧ばねの形態をした一種の第２の制御要素を形成し、この空気圧ばねの圧力は、膨張ユニットの出口圧力の関数である。第１の制御要素と第２の制御要素は、これらの技術的効率に関する限り、螺旋ばね３７に並列に連結されている。例示の変形実施形態では、少なくとも２つのばねが、直列に連結されており、これらのばねのうち好ましくは１つは、螺旋ばねとして構成されている。
【００２７】
リング溝４０及び第１のリングシール３９は、カバー１６ｅの軸方向前面の１０％〜９０％を構成する軸方向表面を好ましい仕方で包囲している。リング溝４０及び第１のリングシール３９は、更に、寸法が膨張段によって占められた軸方向前面の約２５％〜８５％に相当する表面を好ましい仕方で包囲している。第１のリングシール３９の位置（半径方向位置）は、中央に又は膨張段１５で生じる力の関数として幾何学的中心軸線１６ａに対して偏心した状態に選択されるのが良い。かくして、軸線１６ａに対して横方向に差し向けられた表面が、第２の圧力容積部４２に利用でき、この表面の寸法は、上述した寸法の場合とは逆に、カバー１６ｅの軸方向前面の９０％〜１０％であるのが良い。
【００２８】
例示の改造型実施形態では、第１のハウジングカバー１６ｅの軸方向内側前面は、第１の圧力容積部４１の領域では僅かに引っ込められるよう設計されている。別の例示の改造型実施形態では、リング溝及び第１のリングシールは、少なくとも部分的に非円形であるように設計されている。
【００２９】
膨張段１５と圧縮機段１４との間にはハウジング１６内に固定された断熱分離壁２１が設けられており、圧縮機段ホイール１４ａ，１４ｂ及び膨張段ホイール１５ａ，１５ｂは、この断熱分離壁に接触した状態で載っている。断熱分離壁２１は、好ましくは、熱伝導性が低い材料、特にプラスチック又はセラミック材料で作られる。断熱分離壁は、好ましくは、圧力嵌め又はつなぎ嵌めでハウジング内に挿入されている。例示の改造型実施形態では、断熱分離壁は、ハウジングにねじ止め又はリベット止めされる。さらに、ハウジングは、熱伝導性の低い材料、特にプラスチックで少なくとも部分的に好ましい仕方で作られる。
【００３０】
第２のハウジングカバー１６ｆが、ハウジング１６の第２の前方側部１６ｄの領域に設けられており、カバーハウジング１６は、第１のカバー１６ｅと反対側がこの第２のハウジングカバーで閉じられるように設計されるのが良い。第２のハウジングカバー１６ｆは、第１のハウジングカバーと同様、肩に軸方向に当接したリング１６ｈによってハウジング内に支持されている。さらに、円周方向シール１６ｉも又、第２のハウジングカバー１６ｆに設けられるのが良い。機械式螺旋ばね３８が、或る特定の予備張力により、第２のハウジングカバー１６ｆ内に内側凹部又は窪みの領域で特に好ましい仕方で挿入される。別の形式のばね要素、具体的には油圧式又は油圧又は空気圧ばね要素も又、公知の仕方で使用できる。
【００３１】
第２の支持要素２３が、第２のハウジングカバー１６ｆと圧縮機段１４との間に設けられており、この第２の支持要素は、一方において前方側部が圧縮機段ホイール１４ａ，１４ｂに接触し、他方において、ハウジングカバー１６ｆに接触する。第２の支持要素は、好ましくは、第１の支持要素１９と実質的に同一に又は対称に設計される。第２の支持要素は、好ましくは、僅かな力から中くらいまでの力で螺旋ばね３８を介して圧縮機段ホイール１４ａ，１４ｂに押し付けられ、この螺旋ばねは、支持要素とハウジングカバー１６ｄとの間に挿入されている。少なくとも１つの外側リングシール２４が、円周方向溝内の第２の支持要素と関連している。
【００３２】
厚さが圧縮機段の直径の例えば約０．５％であるスロットが、第２の支持要素２３と第２のハウジングカバー１６ｆの対向した前面相互間に設けられている。例示の変形実施形態では、ロータ直径とスロット厚さの比は、５００：１未満であるように選択されている。好ましくはドーナツ形の第２の弾性リングシール４３が、スロット内に嵌め込まれている。第２のリングシール４３は、特に第２のハウジングカバー１６ｆの側で対応の第２のリング溝４４と関連しており、このリング溝は、リングシール４３を弛緩状態で少なくとも部分的に受け入れ、このリング溝の容積は、リングシール３９を圧縮又は変形状態で実質的に完全に受け入れるのに十分である。エンジン／機械の作動状態の大部分において、第２のリングシール３９は、軸方向に張力下にあり、第３の小さな圧力容積部４５が第２のハウジングカバー１６ｆと第２の支持要素２３との間でスロット内のリングシール４３によって包囲された空間内に画定されるような仕方で環状溝４４から突き出ることが必要である。第３の小さな圧力容積部４５は、第３のボア４９を介して圧縮機段１４の出口側と連通している。かくして、第３の圧力容積部は、空気圧ばねの形態をした一種の第３の制御要素を構成し、この空気圧ばねの圧力は、圧縮機ユニットの出口圧力（作動レベルに応じる）の関数である。
【００３３】
さらに、小さな第４の圧力容積部４６が、第３の圧力容積部に隣接した状態で第２のハウジングカバー１６ｆと第２の支持要素２３との間の他方のスロット内に形成されており、この第４の圧力容積部４６は、第２のリングシール４３の外部を包囲しており、オプションとして、第２の螺旋ばね３８の受け入れ部と連通している。小さな第４の圧力容積部４６は、第４のボア５０を介して圧縮機段１４の入口側と連通している。この第４の圧力容積部４６は、空気圧ばねの形態をした一種の第４の制御要素を形成し、この空気圧ばねの圧力は、圧縮機段の入口圧力の関数である。
【００３４】
第２の環状溝４４及び第２のリングシール４３は、第２のカバー１６ケの軸方向前面の１０％〜９０％を構成する表面を好ましい仕方で包囲している。さらに、リング溝４４及び第２のリングシール４３は、好ましくは、寸法が圧縮機段１４のホイール１４ａ，１４ｂによって占められた軸方向前面の２５％〜８５％にほぼ相当する表面を包囲している。第２のリングシール４３の位置（半径方向位置）は、中央に又は圧縮機段１４で生じる力の関数として幾何学的中心軸線１６ａに対して偏心した状態に選択されるのが良い。第２のリングシール４３が、好ましい仕方で配置されており、その第３の圧力容積部４５は、第１のリングシール３９と実質的に対称である。
【００３５】
改造型実施形態では、第２のハウジングカバー１６ｆの軸方向内側前面は、第３の圧力容積部４５の領域では僅かに引っ込められるよう設計されている。別の例示の改造型実施形態では、第２のリング溝及び第２のリングシールは、少なくとも部分的に非円形であるように設計されている。別の例示の改造型実施形態では、第１のリングシール３９と第２のリングシール４３は、実質的に同一であるように設計されている。別の例示の改造型実施形態では、第１のリングシール３９と第２のリングシール４３は、これらの寸法に関して互いに異なり、したがって、結果的に得られる圧力容積部及び（又は）これらの軸方向前面は、互いに異なっている。
【００３６】
断熱分離壁２１及び支持要素１９，２３の組み込みの結果として、実質的に円筒形の空間容積部が得られ、この容積部は、膨張段１５及び圧縮機段１４によって実質的に満たされる。この円筒形空間容積部の直径は、好ましくは、その軸方向長さの１０％〜９０％、特に２０％〜７０％である。
【００３７】
エンジン／機械の作動中、４つの制御要素４１，４２，４５，４６内には或る特定の（過剰の）圧力が存在し、かかる圧力は、制御要素と関連した圧力容積部に第１の流体を注入したときの機械の作動状態の関数である。エンジン／機械の最も高い圧力は、特に好ましくは第１の圧力容積部、第１の制御要素４１、第３の圧力容積部及び第３の制御要素４５内に存在する。第１の圧力容積部及び第３の圧力容積部内の圧力は、好ましくは、図７の冷却剤回路の高圧側内の圧力に一致し、したがって、同じ大きさである。
【００３８】
第１の制御要素４１及び第３の制御要素４５について示唆した構成の作動方法は、以下のように説明することができる。制御要素を過剰圧力が上述の圧力容積部内に生じているので、エンジン／機械の作動状態の関数として作動させる。制御要素は、これらの前面が２つの支持要素１９，２３に作用し、これら２つの支持要素は、制御要素によってハウジングの中心に向かう軸方向に押されている。したがって、これら制御要素は、空気圧ばねとしてこれらの圧力容積部に作用し、これら空気圧ばねのばね力は、エンジン／機械の作動圧力（出口側作動圧力）の関数である。作動圧力が高ければ高いほど、制御要素が支持要素に及ぼす力がそれだけ一層大きくなる。この場合、支持要素１９，２３は、軸方向力を更に膨張段１４及び圧縮機段１５の回転ホイールに伝える。逆に、作動圧力が減少すると、接触圧力が減少する。かくして、膨張段及び圧縮機段の支持要素の接触圧力は、自己調節方式でエンジン／機械の作動状態に結合される。当然のことながら、本発明のかかる構成は、単独で若しくは独立して作動する圧縮機械又は単独で若しくは独立して作動する膨張機械にも利用できることは言うまでもない。
【００３９】
円周方向スペーサリング２６が、膨張段の外側ホイール１４ｂと第２の支持要素２３に隣接したハウジング１６との間に配置されており、オプションとして、密封機能をも発揮する。膨張段１５の流出導管を密封するためにかかる円周方向スペーサリングを膨張段１５の外側ホイール１５ｂとハウジング１６との間に設けるのが良い。
【００４０】
例示の改造型実施形態では、ハウジングカバーは、ハウジングにリベット止め又はねじ止めされる。別の改造例では、支持要素は、特に支持要素の回転運動を阻止し、軸方向の滑動運動を支え、確実な取り付けを保証する少なくとも１つの軸方向案内装置と関連している。圧縮機段１４の流出導管２８が、実質的に第２の支持要素２３内に配置されていて、リング溝２８ａを介して圧縮機段の第２の流出導管２７と連通しており、この第２の流出導管２７は、ハウジング１６に設けられるボアとして設計される。
【００４１】
圧縮機段１４の第１の流入導管２９が、流出導管２７とほぼ直径方向反対側でハウジング１６内に配置されている。この第１の流入導管２９は、圧縮機段の第２の流入導管３０と連通し、この第２の流入導管から始まって圧縮機ホイール１４ａ，１４ｂには冷却剤を注入できる。加うるに、環状導管３０ａが、圧縮機段１４の第２の流入導管３０から枝分かれしている。第１の流入導管２９は、好ましくは、流体−空気熱交換器の中間出口１０に直接連結され又はこれと一体に構成されている。例示の改造型実施形態では、好ましくは断熱移送パイプラインが、中間出口１０と第１の流入導管２９との間に連結されている。上述の配管により、中間出口１０から下流側にやって来る流体−空気熱交換器からの第１の流体を流入導管２９，３０経由で圧縮機段１４内に送り込むことができ、この圧縮機段では、第１の流体は、互いに噛み合う圧縮機段ホイール１４ａ，１４ｂによって圧縮される。その結果、第１の流体を流出導管２７，２８経由で移送パイプライン３１（図１参照）に移送することができ、この移送パイプラインを経て第１の流体を中間入口１１に送ることができる。
【００４２】
第２の管要素ユニット３ｂを通って流れた後、第１の流体は、出口連結分配器１３を経てハウジング１６内に配置された第３の流入導管及び第１の支持要素１９内に配置された第４の流入導管３３に至る。第１の流体を第３及び第４の流入導管３２，３３経由で膨張段１５に供給するのが良く、この膨張段では、第１の流体を膨張段ホイール１５ａ，１５ｂへの潜在的エネルギーの放出により連続的に膨張させることができる。ハウジング内に配置された第３の流出導管３４及び第１の支持要素１９内に配置された第４の流出導管３５が、流入導管３２，３３と直径方向反対の側に設けられており、これら導管３４，３５は、膨張段１５の低圧側と連通し、排出部３６ａの膨張後の第１の流体の移送を可能にする（図１に類似している）。第１の流体は、膨張段／圧縮機ユニット２′を出るだけでなく、排出部３６を経て熱交換器ユニット１全体から出る。
【００４３】
図４ａ、図４ｂ、図５ａ〜図５ｄ並びに図６ａ及び図６ｂは、本発明の第３の膨張段／圧縮機ユニット２″の形態のエンジン／機械を部分的に示している。具体的に説明すると、膨張段１５は、図３の第２の膨張段／圧縮機ユニットの膨張段に実質的に等しいものとして示されている。したがって、この場合も又、同一であり又は同一の仕方で作用する構造部品には、同一の参照符号が付けられている。
【００４４】
図３の第２の圧縮機段／圧縮機ユニットについて上述したように（この理由で、図３を用いた説明の全体を参照するのが良い）、第３の膨張段／圧縮機ユニット２″のハウジング１６内には１対の膨張段内側ホイール１５ａ及び膨張段外側ホイール１５ｂが設けられており、これら膨張段ホイールは、第１の支持要素１９によって固定壁２１に押し付けられており、この第１の支持要素は、固定壁を軸方向にずらすことができるように配置されている。接触圧力を利用できるようにするために、永続的にハウジング内に位置決めされた第１のカバー１６ｅ内の中央に機械式（又は変形例として空気圧）ばね３７が設けられており、このばねは、第１の支持要素１９に圧接している。
【００４５】
第１のカバー１６ｅと第１の支持要素１９との間のスロット５６の付近の作動レベルに依存した圧力を生じさせるために、支持要素１９にはタップボア５５が設けられており、このタップボアは、スロット５６と出口導管３５との間の連通を可能にする。変形例として、膨張段の入口導管からの抜き出しは、タップボア及びオプションとしてのスロットルによって行われる。かくして、ストロークが最小の空気圧ばねが、スロット５６内に形成され、この空気圧ばねは、第１の制御要素として機能する。この制御要素により圧力を支持要素１９に加えることができ、この制御要素は、その時点の圧力を用いてエンジン／機械の作動中に調節できる。具体的に説明すると、制御要素は、出口導管３５内の圧力が非常に増大すると、特に強力に調節できる。制御要素の調節は全て、支持要素１９に加わる圧力の変化を生じさせると共に支持要素１９と膨張ユニットとの間の接触圧力の変化を生じさせる。この関係で、「調節」という用語は、制御要素のうちの１つの物理的作用特性の変化を意味している。
【００４６】
図５ａ〜図５ｄを参照すると、入口導管３３は、支持要素１９と膨張段１５との間の接触面の付近で（点線で示されている）膨張段の作業チャンバＡ内に通じており、したがって、第１の流体を入口導管３３経由で膨張段１５に供給することができるようになっている。第１の流体は、好ましくは、膨張段１５内で膨張し、その間、技術的な仕事が行われ、かかる仕事を回転エネルギーとして連結状態の圧縮機ユニットに送ることができる。
【００４７】
好ましくは円筒形のピン５１が、入口導管３３から円周方向にずれた状態で入口導管３３に隣接して第５のボア５２内に配置されている。第５のボア５２も又、僅かな間隔を置いて、入口導管から膨張段の作業チャンバＡ内に通じる。ピン及び第５のボアの長手方向軸線５１ａは、ハウジング１６の中心軸線１６ａに実質的に平行に位置合わせされている。円筒形ピン５１は、これが第５のボア５２内で摺動状態でずれることができるような仕方で支持されており、この円筒形ピンは、一方の側が、図４ａ及び図６ａに従って第１の作動状態にあらかじめ張力が加えられた螺旋ばね５３を介して加重される。このピンをそのジャケットに沿って包囲する外側リングシール５４が、密封のためにピン５１と関連している。
【００４８】
具体的に説明すると、第５のボア５２は、円筒形ピン５１の裏側に作動レベルに応じた圧力を加えることができるようにスロット５６と連通している。かくして、小さな空気圧ばねの形態をした制御要素が、第５のボアの領域に形成され、この制御要素は、ピストンのような円筒形ピン５１に裏側から加重する。フランジ又はカラー５７が、好ましい仕方でこのピンと関連しており、その結果として、第５のボア内の肩に設けられた支持体の実現を達成することができ、この支持体は、ばねの力に抗して軸方向に作用する。他方、ボア内に存在する圧力の印加面が、オプションとして与えられる。
【００４９】
ピン５１が図４ａ及び図６ａに示すその第１の作動位置にある場合、その前面５１ｂは、膨張段ホイールに向いた支持要素１９の隣接の前面と整列する。第１の作動位置では、ピン５１は、その端が第５のボアを閉塞する。ピンは、硬化金属又はセラミック材料から好ましい仕方で作られる。第５のボア５２の直径とほぼ同じ寸法又はこれよりも小さいシフト用経路が、図４ａ及び図６ａに示す第１の作業位置と図４ｂ及び図６ｂに示す第２の作業位置との間で円筒形ピン５１と関連している。
【００５０】
図５ａ〜図５ｄから明らかなように、円周方向に延びる小径オーバーフロー導管５８が、第５のボア５２と入口導管３３との間に設けられており、このオーバーフロー導管は、ボア５２及び導管３３と幾何学的に交差している。小径オーバーフロー導管５８のスループット又は流れ断面は、好ましくは、入口導管３３の最小スループット又は流れ断面よりも小さいように設計されている。さらに、小径オーバーフロー導管５８は、これがその全長に沿って作業チャンバＡと連通することができるように、膨張段ホイールに向いた支持要素１９の前面上に開口するよう設計されている。例示の改造型実施形態では、小径オーバーフロー導管は、第５のボア及び入口導管に至る口はさておき、閉塞されるよう設計されている。
【００５１】
特に図５ａ〜図５ｄを用いると、ピン５１の機能を説明することができる。図５ａを参照すると、第１の流体が充填サイクルの開始時に入口導管３３を経て膨張段１５の第１の部分作業チャンバＡ１内に供給される。膨張段内側ホイール１５ａ及び膨張段外側ホイール１５ｂは、第１の作業チャンバＡ１をフランク又は側面５９のところで閉塞する。オーバーフロー導管５８及び入口導管３３の陰影を施した領域は、部分作業チャンバＡ１を密な陰影を施した状態で図５ｂに示されているように第１の流体で充填することができるような仕方で部分作業チャンバＡ１と連通している。充填段階は、ピン５１がその第１の作動位置にあり、フランク６０（又はその延長部）の領域でオーバーフロー導管５８を画定する程度まで膨張段ホイール１５ａ，１５ｂが矢印Ｒの方向に更に回転している間、図５ｃに示す位置においてフランク６０で終わる。図５ｃに示す膨張段ホイール１５ａ，１５ｂの位置では、これら膨張段ホイールは、所与の容積の部分作業チャンバＡ１を包囲しており、この部分作業チャンバの陰影を施した前面は、膨張段ホイール１５ａ，１５ｂ相互間の最大限に達成可能な前面の１０／１５〜１／２、特に、１００／１７７である。
【００５２】
ピン５１がその第２の作動位置にあり、オーバーフロー導管５８をフランク６０（及び（又は）その投影部の領域のところ）で自由にする程度まで、部分作業チャンバＡ１の充填段階は、矢印Ｒの方向における膨張段ホイールのそれ以上の回転中に、図５ｄに示すようにフランク６１で終わる。第５のボア５２の壁と膨張段ホイール１５ａ，１５ｂの延長した接触線は、フランク６１及び（又は）その延長部上で一致する。図５ｄに示す膨張段ホイール１５ａ，１５ｂの位置では、これら膨張段ホイールは、所与の容積の部分作業チャンバＡ１を包囲しており、この部分作業チャンバの陰影を施した前面は、膨張段ホイール１５ａ，１５ｂ相互間の最大限に達成可能な前面の１０／１１〜１０／１５、特に、１００／１２３である。
【００５３】
ピン５１を膨張段１５の入口及び出口側に加わる圧力の関数として作動させることができるので、臨界未満の作動状態が残されてピン５１をその第１の作動位置から押し出すことができるしきい値として入口側と出口側との間で最大圧力勾配を定めることができる。ほぼ一定の出口圧力及び（又は）基準圧力が出口側に加わっていると仮定すると、入口側に関する絶対圧力値を定めることができ、これを超えた場合、ピン５１をその作動位置から押し出すことができ、オーバーフロー導管は、特に、自由にされて膨張段における臨界超過の一定容積サイクルへの移行が行われる。
【００５４】
図４ａ〜図６ｄを用いて説明した第３の膨張段／圧縮機ユニット２″は、エネルギーの利用（好ましくは内部利用）が第１の流体の膨張中に自由になるので、図７に記載した冷却プロセス（又はヒートポンプ回路）における丁度他の２つの膨張段／圧縮機ユニットとして利用できる。次に、膨張段１５において回収された技術的仕事を本発明に従って共通シャフト経由で膨張段１５及び圧縮機段から直接圧縮機段に送る。この期間中、冷却プロセスの圧縮仕事の一部は、好ましくは、圧縮機段で実施され、回収した技術的仕事は、このようにして内部利用される。例示の改造型実施形態では、数個の膨張段／圧縮機ユニットが、流体−空気熱交換器と関連しており、これら膨張段／圧縮機ユニットを介して、多段膨張及び多段圧縮を実現することができる。別の改造例では、オプションとして、制御可能な変速ユニット／クラッチユニットが、個々の又は数個の膨張段相互間及び関連の圧縮機ユニット相互間に設けられる。具体的に言えば、３つの互いに類似した膨張段／圧縮機ユニット２，２′，２″の特定の特徴を一システム内で互いに組み合わせることができるので有利である。
【００５５】
各膨張段／圧縮機ユニットは、図１及び図２の本発明の熱交換器ユニットに用いられるのに特に好適である。第１の流体を用いて実施される冷却プロセスの以下のプロセスステップ、即ち、冷却、内部圧縮による中間圧縮、それ以上の冷却及び（又は）凝縮（部分凝縮）、内部膨張を含む膨張は、特に簡単な手段で且つ本発明のかかる熱交換器ユニットにより狭い空間で実施できる。特に好適であり且つ効率的なプロセスを本発明に従って、膨張中に自由になる潜在的エネルギーの回収及び内部利用によって実施できる。０．１％〜３．５％という循環状態の冷却剤中の僅かな潤滑油成分による膨張段／圧縮機ユニットの潤滑が、特に好ましい。
【００５６】
本明細書において示唆した構成は、冷却機械の複数個のコンポーネントを自動車の形態における又は他の可動用途のための特に小さな平行六面体ケーシング容積部を備えたブロックとして有利に使用できる共通構造ユニットの状態に統合する。本発明の機械を左から右へのプロセス又は右から左へのプロセスにおいて熱力学的条件への適合後に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】流体−空気熱交換器及び第１の膨張段／圧縮機ユニットの形態をしたエンジン／機械を備えた本発明の熱交換器ユニットの縦断面図である。
【図２】図１の熱交換器ユニットの斜視図である。
【図３】第２の膨張段／圧縮機ユニットの形態をしたエンジン／機械の縦断面図である。
【図４ａ】一作業点における第３の膨張段／圧縮機ユニットのうちの圧縮機ユニットの縦断面図である。
【図４ｂ】別の作業点における第３の膨張段／圧縮機ユニットのうちの圧縮機ユニットの縦断面図である。
【図５ａ】連続した作動状況のうちの１つにおける図４ａ及び図４ｂの圧縮機ユニットの概略断面図である。
【図５ｂ】連続した作動状況のうちの別の１つにおける図４ａ及び図４ｂの圧縮機ユニットの概略断面図である。
【図５ｃ】連続した作動状況のうちの別の１つにおける図４ａ及び図４ｂの圧縮機ユニットの概略断面図である。
【図５ｄ】連続した作動状況のうちの別の１つにおける図４ａ及び図４ｂの圧縮機ユニットの概略断面図である。
【図６ａ】図４ａの圧縮機ユニットの縦断面斜視図である。
【図６ｂ】図４ｂの圧縮機ユニットの縦断面斜視図である。
【図７】膨張段／圧縮機ユニットを備えた熱交換器ユニットを有する自動車用空調システムの冷却剤回路の略図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  熱交換器ユニット
２  第１の膨張段／圧縮機ユニット
３  熱交換器
３ａ，３ｂ  管要素ユニット
４  共通ケーシング容積部
５  管要素
６  熱伝導熱交換要素
１０  中間出口
１１  中間入口
１３  入口連結分配器
１４  圧縮機段
１５  膨張段
１５ａ，１５ｂ  ホイール
１６  ハウジング
１７  共通シャフト
１９  支持要素
２２  中空シャフト
３３  入口導管
４１，４２，５３，５６  空気圧ばね
５８  オーバーフロー導管
Ａ  作業空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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