(57)【要約】  気圧（ＰＤ）の圧縮気体（ＧＤ）を往復動ピストンマシン（２）を用いて膨張させるための方法であって、前記往復動ピストンマシン（２）は往復して可動なピストン（４）と前記可動なピストン（４）により範囲を定められる作動室（５）とを備え、前記圧縮気体（ＧＤ）は作動可能な回転摺動バルブ（６）を介して作動室（５）に送出され、前記作動室（５）に存在する前記圧縮気体（ＧＤ）は前記作動室（５）において膨張する、方法。
2020526702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気圧（ＰＤ）の圧縮気体（ＧＤ）を往復動ピストンマシン（２）を用いて膨張させるための方法であって、前記往復動ピストンマシン（２）は往復して可動なピストン（４）と前記可動なピストン（４）により範囲を定められる作動室（５）とを備え、前記圧縮気体（ＧＤ）は作動可能な回転摺動バルブ（６）を介して作動室（５）に送出され、前記作動室（５）に存在する前記圧縮気体（ＧＤ）は前記作動室（５）において膨張する、方法。
【請求項２】
前記回転摺動バルブ（６）が閉鎖され、閉鎖された前記回転摺動バルブ（６）にわたって広がる圧力差は、前記作動室（５）における気体残分（ＧＲ）を圧縮することにより低下し、前記回転摺動バルブ（６）は前記圧力差が低下している時に開放される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
気体が第２バルブ（７）を介して前記作動室（５）から放出され、前記第２バルブ（７）は、前記気体残分（ＧＲ）が前記作動室（５）に存在する第２バルブ閉鎖角（Ｐ２）にて閉鎖される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記回転摺動バルブ（６）は、前記上死点（Ｐ３）の後に、気体膨張分（ＧＥ）が前記作動室（５）に存在する第１バルブ閉鎖角（Ｐ４）にて閉鎖され、前記気体膨張分（ＧＥ）は、次に、前記気体が膨張気圧（ｐＥ）を有するように前記作動室（５）において膨張し、前記第２バルブ（７）が閉鎖されている前記下死点（Ｐ１）の領域において前記作動室（５）に広がる前記膨張気圧（ｐＥ）は、パラメータのうちの１つ以上、すなわち、第１バルブ閉鎖角（Ｐ４）と気体膨張分（ＧＥ）とのうちの１つ以上により決定される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２バルブ閉鎖角（Ｐ２）は、前記上死点（Ｐ３）の領域において、閉鎖された前記回転摺動バルブ（６）にわたって広がる差圧が最小化されるように選択される、請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１バルブ閉鎖角（Ｐ４）は、下死点（Ｐ１）の領域において、閉鎖された前記第２バルブ（７）にわたって広がる前記差圧が最小化されるように選択される、請求項３〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記回転摺動バルブ（６）は、前記上死点（Ｐ３）の領域において、ほぼ差圧なく開放される、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記第２バルブ（７）は、前記下死点（Ｐ１）の領域において、ほぼ差圧なく開放される、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第２バルブ閉鎖角（Ｐ２）は、前記回転摺動バルブ（６）が閉鎖された状態において、前記作動室（５）における前記気体残分（ＧＲ）が、前記圧縮気体（ＧＤ）の前記気圧（ｐＤ）を上回る、上死点（Ｐ３）の領域における気圧を有するように選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
導出圧力（ｐＡ）は前記第２バルブ（７）の導出部に広がり、前記第１バルブ閉鎖角（Ｐ４）は、前記第２バルブ（７）が閉鎖された状態において、上死点（Ｐ１）の領域における前記気体膨張分（ＧＥ）が前記導出圧力（ｐＡ）未満である膨張気圧（ｐＥ）を有するように選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
前記回転摺動バルブ（６）と前記第２バルブ（７）とのうち一方または両方は、ポート（１２ａ）と該ポート（１２ａ）を閉鎖するための閉鎖要素（１３）とを有するバルブシート（１２）を備えており、
回転摺動バルブ（６）の前記閉鎖要素（１３）が、前記上死点（Ｐ３）の領域において前記気体残分（ＧＲ）の前記気圧に起因して前記バルブシート（１２）に対し自動的に持ち上がるか、前記第２バルブ（７）の前記閉鎖要素（１３）が、前記下死点（Ｐ１）の領域において前記気体膨張分（ＧＥ）の前記気圧に起因して前記バルブシート（１２）に対し自動的に持ち上がるか、またはその両方である、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２バルブ（７）は第２回転摺動バルブとして設計され、前記バルブシート（１２）から自動的に持ち上がった後に、前記回転摺動バルブ（６）の前記閉鎖要素（１３）、前記第２回転摺動バルブ（７）の前記閉鎖要素（１３）、またはその両方が、前記ポート（１２ａ）を露出するように制御可能に回転する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記回転摺動バルブ（６）、前記第２バルブ（７）、またはその両方は、強制的に開放、閉鎖、またはその両方が行われる、請求項３〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記回転摺動バルブ（６）の処理パラメータ設定（ＶＳ）は予め定められ、前記第２バルブ閉鎖角（Ｐ２）は連続する持ち上がりサイクル中に変化し、前記第１バルブ（６）の処理パラメータ実際値（ＶＩ）は前記第２バルブ閉鎖角（Ｐ２）の関数として測定され、前記処理パラメータ実際値（ＶＩ）が前記処理パラメータ設定（ＶＳ）の最も近くにある前記第２バルブ閉鎖角（Ｐ２）は、第２バルブ設定閉鎖角（Ｐ２Ｓｏｌｌ）として定められ、前記第２バルブ（７）は、前記第２バルブ設定閉鎖角（Ｐ２Ｓｏｌｌ）にて制御可能に閉鎖される、請求項３〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記圧縮気体（ＧＤ）は、連続して接続された２つ以上の往復動ピストンマシン（２）によって、気圧（ｐＤ）の前記圧縮気体（ＧＤ）を第１往復動ピストンマシン（２ａ）において第１膨張気圧（ＰＥ１）に膨張させることによって、また前記第１膨張気圧（ＰＥ１）の気体（Ｇ）を第２往復動ピストンマシン（２ｂ）において第２膨張気圧（ＰＥ２）に膨張させることによって、膨張する、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記送出を制御するために、前記回転摺動バルブ（６）は、最大可能気体膨張分（ＧＥＭＡＸ）未満である部分的な気体膨張分（ＧＴＥ）しか前記作動室（５）に存在しない第１バルブ閉鎖角（Ｐ‘４）にて早く閉鎖される、請求項２〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記送出を制御するために、前記第２バルブ（７）は、前記気体膨張分（ＧＥ）を上回る過剰気体量（ＧＲＺ）が前記作動室（５）に存在する第２バルブ閉鎖角（Ｐ‘２）にて早く閉鎖される、請求項２〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
往復動ピストンマシン（２）を用いて気体（Ｇ）を膨張させるためおよび圧縮するための方法であって、前記気体（Ｇ）は、気圧（ｐＤ）の圧縮気体（ＧＤ）を形成するように前記往復動ピストンマシン（２）によって圧縮され、前記圧縮気体（ＧＤ）は、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法によって膨張する、方法。
【請求項１９】
前記往復動ピストンマシン（２）は、内部室（５）を第１内部室（５ａ）と第２内部室（５ｂ）とに分割する複動式ピストン（４）と、各内部室（５ａ，５ｂ）に割り当てられている回転バルブ（６）および第２バルブ（７）と、を備え、前記圧縮気体（ＧＤ）を前記第１内部室（５ａ）に形成するように前記気体が圧縮されるのと同時に、前記圧縮気体（ＧＤ）が前記第２内部室（５ｂ）において膨張する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記往復動ピストンマシン（２）は連続動作を行い、前記連続動作において、前記往復動ピストンマシン（２）は、前記回転摺動バルブ（６）および前記第２バルブ（７）の対応する作動により、往復動ピストンエキスパンダ、往復動ピストンコンプレッサ、またはその両方として動作する、請求項１８または１９に記載の方法。
【請求項２１】
圧縮気体（ＧＤ）を膨張させるためのデバイスであって、往復して可動なピストン（４）と前記可動なピストン（４）により範囲を定められる作動室（５）とを備える往復動ピストンマシン（２）を備え、作動可能な回転摺動バルブ（６）と作動可能な第２バルブ（７）とを備え、前記回転摺動バルブ（６）と前記第２バルブ（７）とを作動させるための作動デバイス（１００）を備え、前記圧縮気体（ＧＤ）は前記回転摺動バルブ（６）を介して前記作動室（５）に送出され、前記作動室に存在する前記圧縮気体（ＧＤ）は前記作動室（５）において膨張することが可能であり、前記作動室（５）に存在する膨張気体は前記第２バルブ（７）を介して放出されることが可能であり、前記作動デバイス（１００）は、上死点（Ｐ３）まで前記作動室（５）に存在する気体残分（ＧＲ）を圧縮することによって前記上死点（Ｐ３）の領域において前記回転摺動バルブ（６）に広がる圧力差（ＤＤ）を低下させるように、前記上死点（Ｐ３）に達する前にすでに能動的に前記第２バルブ（７）を閉鎖する、デバイス。
【請求項２２】
前記回転摺動バルブ（６）および前記作動可能な第２バルブ（７）は、閉鎖要素（１３）とバルブシート（１２）とを備える回転摺動バルブ（１０）として設計され、前記閉鎖要素（１３）は回転可能に配置されており動作駆動部（１５）により駆動される、請求項２１に記載の往復動ピストンマシン。
【請求項２３】
前記閉鎖要素は、該閉鎖要素が前記バルブシート（１２）に対し垂直に自動的に可動であるように支持され、その結果、前記閉鎖要素（１３）は、前記回転摺動バルブ（１０）に対して作用する前記圧力差に応じて、前記バルブシート（１２）上に位置するか、または前記バルブシート（１２）に対して持ち上がる、請求項２２に記載の往復動ピストンマシン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復ピストンを用いて気体を膨張させるための方法およびデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
往復動ピストンコンプレッサでは、圧力差によって制御され自動的に機能するバルブが、シリンダ内を往復して可動なピストンによって流体を圧縮するように主に用いられる。そうした自動バルブに加えて、特許文献１は、往復動ピストンコンプレッサと組み合わせて、また適切に作動する時に、往復動ピストンコンプレッサによって圧縮気体の量を調整する、強制的に制御される回転摺動バルブを開示している。この回転摺動バルブは、動作中の摩耗の程度が非常に大きいこと、また回転摺動バルブとこの回転摺動バルブに関連して動作する往復動ピストンマシンとの動作範囲が制限されることの欠点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第０１／５９２６６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、往復動ピストンマシンの動作範囲を拡張することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、請求項１の特徴を有する方法によって達成される。従属請求項２〜２０は、その方法における、さらなる有利な工程に関する。本目的は、請求項２１の特徴を有するデバイスによってさらに達成される。従属請求項２２〜２３は、さらなる有利な実施形態に関する。
【０００６】
本目的は、特に、ある気圧の圧縮気体を往復動ピストンマシンを用いて膨張させるための方法であって、その往復動ピストンマシンは往復して可動なピストンとその可動なピストンにより範囲を定められる作動室とを備え、圧縮気体は作動可能な回転摺動バルブを介して作動室に送出され、作動室に存在する圧縮気体は作動室において膨張する、方法により、達成される。
【０００７】
本目的は、特に、ある気圧の圧縮気体を往復動ピストンマシンを用いて膨張させるための方法であって、往復動ピストンマシンは、往復して可動なピストンと、その可動なピストンにより範囲を定められる作動室と、圧縮気体を作動室へと送出するための作動可能な回転摺動バルブと、作動室から気体を放出するための作動可能な第２バルブと、を備え、ピストンは回転摺動バルブが閉鎖された状態において上死点に向かって運動し、作動室における気体残分がピストンによって圧縮された結果、第２バルブは上死点に達する前に閉鎖され、回転摺動バルブは開放され、圧縮気体は回転摺動バルブが開くと作動室へと流れ、ピストンは下死点に向かって運動し、回転摺動バルブはピストンの運動中に閉鎖され、作動室に存在する気体は膨張し、第２バルブが開放され、膨張気体が作動室から第２バルブを介して、またピストンが上死点に向かって運動することによって排出され、第２バルブはピストンが上死点に達する前に閉鎖されており、その結果、第２バルブが閉鎖した後の作動室に存在する気体残分は圧縮され、上死点の領域において回転摺動バルブにわたって広がる圧力差はそれによって低下する、方法によってさらに達成される。
【０００８】
本目的は、特に、往復動ピストンマシンを備える圧縮気体を膨張するためのデバイスであって、その往復動ピストンマシンは、往復して可動なピストンと、その可動なピストンにより範囲を定められる作動室とを備え、作動可能な回転摺動バルブと作動可能な第２バルブとを備え、回転摺動バルブと第２バルブとを作動させるための作動デバイスを備え、圧縮気体は回転摺動バルブを介して作動室に送出され、作動室に存在する圧縮気体は作動室において膨張することが可能であり、作動室に存在する膨張気体は第２バルブを介して放出されることが可能であり、作動室に存在する気体残分を上死点まで圧縮することによって、上死点の領域において回転摺動バルブに広がる圧力差を低下させるように、作動デバイスは上死点に達する前に第２バルブを能動的に閉鎖する、デバイスによってさらに達成される。
【０００９】
本発明に係る方法は、往復動ピストンマシンを用いた圧縮気体または加圧気体の高圧レベルから低圧レベルまでの膨張を可能とし、それによって、通常は往復動ピストンコンプレッサとして動作する往復動ピストンマシンが、往復動ピストンエキスパンダとして動作することが可能である。本発明に係る方法は、これまで往復動ピストンコンプレッサとしても動作することしかできない往復動ピストンマシンが往復動ピストンエキスパンダとして動作することを可能とする。往復動ピストンマシンを動作させるための本発明に係る方法は、また本発明に係る往復動ピストンマシンは、往復動ピストンマシンの作動室への加圧された圧縮気体の制御された送出のための回転摺動バルブとして設計される作動可能な第１バルブを備える。送出された圧縮気体は、次いで、作動室において膨張し、その膨張気体は、その後、作動室から少なくとも部分的に排出される。往復動ピストンマシンまたは往復動ピストンコンプレッサのために用いられるものなどの加圧されたバルブは、通常、まったく開放されることができないか、または、対応する高度の摩耗を伴う大きな力を適用してしか開放されることができない。本発明に係る方法は、圧縮気体を第１バルブを介して往復動ピストンマシンの作動室に送出することによって、次いで下死点に達するまで作動室において送出された圧縮気体を膨張させてその気体を作動室から作動可能な第２バルブを介して部分的に排出することによって、また、次いで第２バルブを閉鎖し往復動ピストンマシンの作動室に残っている気体残分を圧縮することによって、往復動ピストンマシンを用いた圧縮気体の膨張を可能とし、往復動ピストンマシンの上死点の領域において第１バルブにわたって広がる圧力差は低下し、好ましくは、第１バルブの開放時に第１バルブにわたって広がる圧力差は、ほぼ差圧がない。このことは、往復動ピストンマシンの上死点の領域において第１バルブが開放されることを可能とし、その結果、圧縮気体は、作動室において膨張して作動室から排出される前に、往復動ピストンマシンの作動室へと流れることが可能となる。第１バルブは、さらに有利には、小さい摩耗しか伴わずに開放される。
【００１０】
本発明は、これまで往復動ピストンコンプレッサとしてしか動作することができなかった往復動ピストンマシンが、往復動ピストンエキスパンダとして動作することも可能となるという利点を有する。さらなる利点は、第１バルブが、圧縮気体の広がっている圧力に関わらず、制御可能に開放されることである。第１バルブが非常に正確な時間にて、特に制御可能に開放されるように、第１バルブを開放するのに必要とされる力は、有利には大きすぎない。
【００１１】
さらなる有利な方法では、上死点の領域における作動室における気体残分が圧縮気体の圧力よりも高い圧力を有するように、往復動ピストンマシンの作動室に残っている気体残分が決定され、その結果として、第１バルブが特に容易に作動することが可能であるように、第２バルブは作動する。特に有利な実施形態では、第１バルブは、作動室における圧力が圧縮気体の圧力よりも大きいときに、バルブの閉鎖要素がバルブシートから離れるように、自動的なバルブとしてさらに設計される。この場合、開放時には、閉鎖要素はもはやバルブシート上に位置しておらず、それによって特に容易に、またさらに摩擦なく、もしくは主として閉鎖要素の摩擦のない開放を可能とする。第１バルブは、開放時に、離れた後に、閉鎖要素が好ましくは摩擦を伴わずに回転することが可能であるように、回転摺動バルブとして設計される。
【００１２】
シリンダの内部室における圧縮気体の膨張中に放たれるエネルギーと、圧縮気体の膨張中に往復動ピストンマシンまたはピストンに送出されるエネルギーとは、有利には、電気エネルギーを生成するように利用され散逸し、往復動ピストンマシンは、ピストン駆動シャフトによって、例えば、発電機を駆動する。
【００１３】
特に有利な実施形態では、同様の往復動マシンが、往復動ピストンコンプレッサとして、または往復動ピストンエキスパンダとして動作する必要に応じて作動することが可能であり、その結果、気体が圧縮気体を形成するように圧縮されるか、または加圧された圧縮気体が膨張し、往復動ピストンマシンの、またはその往復動ピストンマシンのバルブの対応する作動により、往復動ピストンマシンは、気体を圧縮するか、圧縮気体を膨張させる。そうした往復動ピストンマシンは、例えば、気体リザーバの蓄積および放出に適している。
【００１４】
第１バルブと第２バルブとの両方が摺動バルブとして（有利には、直線的に可動な摺動バルブとして、特に有利には、回転可能に可動な回転摺動バルブとして）設計されていると、特に有利である。さらなる実施形態では、第１バルブは、摺動バルブとして設計されることが可能であり、一方、第２バルブは、第２バルブの作動可能な閉鎖のための持ち上がりタペットを備える。
【００１５】
有利な方法では、往復動ピストンマシンは、作動室において気体の最大可能量のうちの部分的な量しか膨張しないか圧縮されないかその両方である、部分的な荷重動作において行われてもよい。
【００１６】
特に有利な実施形態では、往復動ピストンマシンは、反対に作用する２つの作動室を備える、複動式往復動ピストンマシンとして設計される。有利な方法では、複動式ピストンマシンは、圧縮気体を膨張させるように第１作動室が膨張室として用いられ、気体を圧縮するように第２作動室が圧縮室として用いられるように動作する。第１および第２作動室は、好ましくは、作動可能な第１バルブおよび作動可能な第２バルブを各々備える。したがって、２つの作動室の第１および第２バルブを互いに独立して作動させ、結果として、各作動室において個々に圧縮または膨張を制御することが可能である。したがって、例えば、第１作動室により圧縮気体の最大可能量を膨張させること、また第２作動室により気体の最大可能量のうちの部分的な量のみを圧縮することが可能である。同様に、第１作動室と第２作動室との両方を部分的な荷重動作において動作させることが可能である。本発明に係る往復動ピストンコンプレッサの有利な応用は、冷却機またはヒートポンプである。
【００１７】
さらなる有利な実施形態では、往復動ピストンマシンは、複数の単動式、および／または気体が圧縮されるか膨張するかその両方が行われる対応する作動室を有する複動式ピストンを備える。特に、ピストンコンプレッサは、圧縮が行われるシリンダと、膨張が行われるシリンダとの両方を有してよい。さらに、必要に応じて、シリンダにおいて行われることになる圧縮または膨張が可能となる。ピストンコンプレッサは、好ましくは、共通のクランク軸を備え、各々シリンダに割り当てられるピストンの少なくともいくつかは、ピストンが気体を圧縮する際にクランク軸からエネルギーを引き出し、それによって、ピストンが気体の膨張中にエネルギーをクランク軸に送出する。
【００１８】
本発明は、例示的な実施形態に基づいて、以下に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１ａ】ピストンが下死点位置にある往復動ピストンマシンの概略図。
【図１ｂ】ピストンが上死点位置にある往復動ピストンマシンの概略図。
【図２】複動式ピストンを備える往復動ピストンマシンの概略図。
【図３】膨張動作中の往復動ピストンマシンのＰ−Ｖ図。
【図４】圧縮動作中の往復動ピストンマシンのＰ−Ｖ図。
【図５】部分的な荷重の膨張動作の第１の変形形態中の往復動ピストンマシンのＰ−Ｖ図。
【図６】部分的な荷重の膨張動作の第２の変形形態中の往復動ピストンマシンのＰ−Ｖ図。
【図７】回転摺動バルブとして設計される作動可能な第１バルブを示す図。
【図８】作動可能な第２バルブを示す図。
【図９】バルブシートの斜視図。
【図１０】閉鎖要素の斜視図。
【図１１】バルブシャッタの長手方向の断面図。
【図１２】持ち上がった閉鎖位置におけるバルブシャッタを示す図。
【図１３】持ち上がった開放位置におけるバルブシャッタを示す図。
【図１４】部分的な荷重の膨張動作の第３の変形形態中の往復動ピストンマシンのＰ−Ｖ図。
【図１５】バルブを備える往復動ピストンマシンのさらなる例示的な実施形態を示す図。
【図１６】４つのピストンを備える往復動ピストンマシンを示す図。
【図１７】流体を処理するための構成を概略的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図面における図は、例示的な実施形態を説明するのに用いられる。
図面の図において、同一部分には基本的に同様の参照符号が提供される。
図１ａは、シリンダ３とシリンダ３内を往復して可動なピストン４とを備える往復動ピストンマシン２を示し、シリンダ３およびピストン４は内部室５の範囲を定め、内部室５は回転摺動バルブとして設計されている第１バルブ６とライン２１とを介して圧力リザーバ９に対し接続されており、内部室５は第２バルブ７とライン２１とを介した、空間２０（例えば、圧力リザーバ９における気体ＧＤの気体圧力ｐＤよりも低い圧力を有する圧力ｐＡの大気などの外界）に対する流体搬送接続部を有する。ピストン４は、ピストン棒８により駆動部（図示せず）に対し接続されている。図１ａは、体積ＶＵＴＰを有する下死点Ｐ１の位置（すなわち、可能な限り最大の内部室５を有する）におけるピストン４を示す。ピストン４の端面に、シリンダ３は、バルブ６，７に対する流体運搬接続部を形成するダクト３ａ，３ｂを備える。第１バルブ６は送出バルブ６ｃとして設計されており、また第２バルブ７は吸入バルブ７ｃとして設計されている。送出バルブ６ｃおよび吸入バルブ７ｃは、概略的にしか示されていない直線駆動部１５によって長手方向に可動に駆動することが可能である。図１ａおよび図１ｂに示される往復動ピストンマシン２は、バルブ６および７の作動に応じて、往復動ピストンコンプレッサとして、または往復動ピストンエキスパンダとして動作することが可能である。往復動ピストンコンプレッサとして図１ａに示される往復動ピストンマシン２を動作させるように、送出バルブ６ｃおよび吸入バルブ７ｃは、自動的に（例えば、直線駆動部１５なしに、または直線駆動部１５をアイドリングモードにて動作させることにより）、および大気から圧縮されることになる気体を引き込むことにより（例えば、吸入バルブ７ｃを介して）、また圧縮気体を、送出バルブ６ｃを介して圧力リザーバ９に対し送出することによって、動作することが可能である。往復動ピストンエキスパンダとして図１ａに示される往復動ピストンマシン２を動作させるように、第１バルブ６および第２バルブ７は、送出バルブ６ｃおよび吸入バルブ７ｃを制御することによって制御可能に動作する必要があり、その結果、送出バルブ６ｃおよび吸入バルブ７ｃは各々、送出バルブ６ｃおよび吸入バルブ７ｃの概略的に示される駆動部１５によって開閉する。図１ａでは、駆動部１５は、閉鎖要素をバルブシートから離れるか閉鎖要素をバルブシートに対し押し付けるように、送出バルブ６ｃおよび吸入バルブ７ｃの直線運動をそれぞれ生み出す。
【００２１】
図１ｂは、ピストン４の位置が、体積ＶＯＴＰを有する上死点Ｐ３（すなわち、可能な限り最小の内部室５）にある往復動ピストンマシン２を示す。上死点Ｐ３にて依然として残っている内部室５の体積ＶＯＴＰは、通常、死容積空間、死空間、または残余気体と呼ばれる。図１ｂおよび図２に係る例示的な実施形態では、回転摺動バルブとして設計されている第１バルブ６と第２バルブ７とが概略的に示される。図１ｂは、各々バルブシート１２と回転可能に配置されている閉鎖要素１３とを備える第１バルブ６および第２バルブ７を示す。そうした回転摺動バルブの例示的な実施形態の詳細は、後に続く図７〜図１３に記載される。
【００２２】
図２は、複動式ピストン４を有する往復動ピストンマシン２を示し、複動式ピストン４は、内部室５を第１内部室５ａと第２内部室５ｂとに分割する。各内部室５ａ，５ｂは、回転摺動バルブとして設計されている対応する第１バルブ６，６ａ，６ｂおよび対応する第２バルブ７，７ａ，７ｂを介した、また流体ライン２１を介した、詳細に示されていないチャンバ室に対する、流体運搬接続部を有する。バルブ６，７は、好ましくは、回転摺動バルブとして設計されている。
【００２３】
図３は、膨張動作中の往復動ピストンマシン２の２つのＰ−Ｖ図。（Ｐ＝圧力、Ｖ＝体積）を示し、これらのＰ−Ｖ図は、図１ｂに係る回転摺動バルブを備える往復動ピストンマシン２の補助とともに説明される。膨張動作では、第１バルブ６は導入バルブとして、また第２バルブ７は導出バルブとして動作し、そのため、点Ｐ２は第２バルブ閉鎖角Ｐ２または導出バルブ閉鎖角Ｐ２と呼ばれ、また点Ｐ４は第１バルブ閉鎖角Ｐ４または導入バルブ閉鎖角Ｐ４と呼ばれる。図３では、横座標Ｖは、内部室５の内部容積の大きさを示し、下死点体積ＶＵＴＰ（特に、下死点Ｐ１における）と上死点Ｐ３における上死点体積ＶＯＴＰとが示される。縦座標Ｐは内部室５における気体の圧力を示す。
【００２４】
図３に示される第１のＰ−Ｖ図と呼ばれる図は、点Ｐ１、Ｐ０、Ｐ３、およびＰ４またはこれらの点を結ぶ多角形（Ｓｔｒｅｃｋｅｎｚｕｇ）、すなわちこのサイクル過程を含む。第１バルブ６は、好ましくは、上死点Ｐ３にて開放され、それによって、圧力リザーバ９における圧力下において圧縮気体ＧＤが内部室５へと流れ、ピストン４が線Ｐ３４に沿ってＰ４に変位し、点Ｐ４から第１バルブ６が作動することが可能であって、好ましくは強制的に閉鎖される。ピストン４はさらに右方に運動し、それによって、内部室５に存在する気体が線Ｐ４１に沿って下死点Ｐ１まで（例えば、大気圧ｐＡまで）膨張する。その下死点Ｐ１では、第２バルブ７が制御可能に開放されることが可能である。第２バルブが開放されていると、ピストン４は左に、第２バルブ７が自身を閉鎖するように作動されることが可能な点Ｐ０まで運動する。サイクル過程は線Ｐ０３を辿り、第１バルブ６は点Ｐ３にて強制的に開放され（すなわち、第１バルブ６を強制的に開放するように作動可能である）、その結果、すでに記載されたように、圧縮気体ＧＤは内部室５へと流れる。「強制的に」との語句は、バルブを経由して広がる差圧（すなわち、任意の圧力差）の補助なしに、駆動部に由来する機械的な力によってバルブが強制的に開閉される意味と取られる。
【００２５】
この第１のＰ−Ｖ図の欠点は、第１バルブ６の開放直前の内部室５における気圧が大気圧ｐＡにおおよそ相当するため、第１バルブ６の開放時に大きい圧力差が第１バルブ６にわたって広がることである。広がる圧力差のため、第１バルブ６は大きい困難を伴ってしか、時には相当の力を加えてしか開放されることができない。駆動部１５が十分に大きい力を生じると、第１バルブ６は結果として強制的に開放されることが可能であり、しかしながら、このことは上記の欠点を示し、相当の程度の摩耗が第１バルブ６の開放時に生じる。第１バルブ６の強制的な開放は、内部室５における気圧が比較的低くなり得ることによって、内部室５へと流れる気体のエネルギーが、バルブにおいてバルブ損失として無効となる、さらなる欠点を有する。内部室５へと流れる圧縮気体がピストン４を駆動させ、その結果、圧縮気体に含まれるエネルギーが、ピストン４の運動により、または、例えば、ジェネレータを駆動するように用いられる往復動ピストンマシンにより散逸することができるように、開放時の第１バルブ６にわたる圧力差は、有利には、可能な限り小さい。したがって、膨張過程中に、圧縮気体に含まれるエネルギーを回収することが可能である。
【００２６】
図３に示されており第２のＰ−Ｖ図と呼ばれる図は、サイクル過程、または点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３およびＰ４、を包含する方法を示す。圧力リザーバ９に存在する圧縮気体ＧＤを膨張させるための本発明に係るこの方法は、第２バルブ７が上死点Ｐ３に到達する前に（すなわち、第２バルブ閉鎖角Ｐ２にて）すでに閉鎖されるために行われ、その結果、点Ｐ２にて圧力ＰＡの気体残分ＧＲまたは気体残余体積ＶＲが作動室５に依然として存在する。
【００２７】
往復動ピストンマシンは、死容積空間とも呼ばれる死容積を有することが知られており、その結果、例えば、ピストンが上死点Ｐ３の位置に置かれていると、依然として上死点体積ＶＯＴＰが、シリンダ内部室などの死空間に、またシリンダ内部室に対する流体運搬接続部を有するバルブに存在する。膨張圧力ＰＡにて、気体残分ＧＲまたは気体残余体積ＶＲは、死点体積ＶＯＴＰにおける気体の量を含み、さらには追加の体積ＶＺまたはその追加の体積ＶＺに対応する追加の気体量ＧＺを含む。気体残分ＧＲの重量は、膨張圧力ＰＡから上死点Ｐ３における気圧までの圧縮中保持され、一方で、上死点Ｐ３における気体残分ＧＲの体積は、死点体積ＶＯＴＰに相当する。点Ｐ３までの圧縮では、したがって気体残分ＧＲの重量は保持され、一方で、上昇する圧力に起因して点Ｐ２において圧力ＰＡにて存在する気体残余体積ＶＲは減少する。圧力ＰＡにて、この気体残分ＧＲまたはその気体残分ＧＲの気体残余体積ＶＲは、図３に示されるように、体積ＶＯＴＰおよび追加の体積ＶＺを含み、追加の体積ＶＺは、図３に示されるように、圧力ＰＡにおける点Ｐ２とＰ０との体積差に相当する。追加の体積ＶＺは、気体の追加の量に対応し、気体の追加の量の重量または気体残分ＧＲの重量は、点Ｐ２からＰ３までの圧縮において一定のままであるが、一方、上死点Ｐ３における気体残分ＧＲの気体残余体積ＶＲは、体積ＶＯＴＰに減少する。気体残分ＧＲのこの圧縮の結果として、上死点Ｐ３にて、第１バルブ６にわたって広がる圧力差が低下する。第１バルブ６は、好ましくは、上死点Ｐ３の領域において制御可能に開放され、その結果、第１バルブ６が開放されているとき、圧縮気体ＧＤが作動室５へと流れ、ピストン４は、上死点に到達すると、下死点の方向（すなわち、図３に係る表現において右）に戻って運動する。第１バルブ６は、次いで、第１バルブ閉鎖角Ｐ４にて再び制御可能に閉鎖され、作動室５に存在する気体は、第２バルブ７が下死点Ｐ１の領域において開放されるまで、曲線Ｐ４１に沿って膨張する。ピストン４は、次いで、上死点に向かって（すなわち、図３に係る表現において左に）戻って運動し、作動室に存在する気体は、第２バルブ７が再び第２バルブ閉鎖角Ｐ２にて制御可能に閉鎖されるまで、第２バルブ７を介して排出される。ここで、第１バルブ６が上死点Ｐ３の領域において制御可能に開放されることと、第２バルブ７が下死点Ｐ１の領域において制御可能に開放されることとが本明細書に記載され、「領域」との語句は、それぞれ上死点Ｐ３または下死点Ｐ１に対して＋／−予め定められた角度のクランク軸角の範囲（例えば、それぞれ＋／−１０°および好ましくは＋／−５°）の意味と取られる。したがって、本発明に係る方法は、第１または第２バルブ６，７が正確に上死点Ｐ３または下死点Ｐ１にて制御可能に開放されることを必要としない。そのことは、第１または第２バルブ６，７がこれらの死点の領域に（例えば、これらの死点について＋／−５°の範囲に）おいて開放されている場合には、十分である。クランク軸角は、往復動ピストンマシン２の駆動部の回転によって予め定められ、ピストン４の上死点Ｐ３は０°または３６０°のクランク軸角に対応し、ピストン４��下死点Ｐ１は１８０°のクランク軸角に対応する。開閉時に、第１バルブ６および第２バルブ７は、好ましくは、駆動手段１５によって制御されるため、バルブ６，７が開放されるか閉鎖される効果的な角度は、作動デバイス１００によって決められるか、予め定められることが可能である。主軸の回転速度、例えば、バルブ６，７の反応時間、回転バルブの自動的な持ち上がりなどといった、往復動ピストンマシンの処理パラメータに応じて、第１バルブ６が上死点Ｐ３に到達する直前に上死点Ｐ３にて、または上死点Ｐ３に到達した直後に制御可能に開放されることが有利であると示され得るか、第２バルブ７が下死点Ｐ１に到達する直前に下死点Ｐ１にて、または下死点Ｐ１に到達した直後に制御可能に開放されることが有利であると示され得る。
【００２８】
第１バルブ６および第２バルブ７は、好ましくは、回転摺動バルブ１０として設計され、回転摺動バルブ１０は、閉鎖要素１３の回転により制御された開放および制御された閉鎖を行う機能を有する。作動可能な第１バルブ６のそうした例示的な実施形態は図７に示され、作動可能な第２バルブ７の例示的な実施形態は図８に示される。
【００２９】
上死点Ｐ３における内部室５の圧力、およびそれによって第１バルブ６が開放しているときに第１バルブ６にわたって広がる圧力差は、第２バルブ７が閉鎖されている点Ｐ２における気体残分ＧＲの体積および圧力により、また点Ｐ２から上死点Ｐ３までのピストン４の運動によって生じる後続の圧縮により決定される。
【００３０】
本発明に係る方法では、作動室５における気体残分ＧＲは、第１バルブ６が閉鎖されるとともに圧縮され、次いで第１バルブ６は開放され、圧縮気体ＧＤは第１バルブ６が開放されているときに作動室５へと流れ、次いで第１バルブは閉鎖され、次いで作動室５に存在する気体は膨張し、膨張気体は作動室５から第２バルブ７を介して排出され、第２バルブ７は往復動ピストンマシン２の上死点Ｐ３に到達する前に閉鎖され、その結果、第２バルブ７の閉鎖後に作動室５に存在する気体残分ＧＲは圧縮される。
【００３１】
第２バルブ７は、有利には、下死点Ｐ１の領域に開放され（好ましくは１８０°にて）、次いで膨張気体は、作動室５から第２バルブ７を介して部分的に排出され、第２バルブ７は気体残分ＧＲが作動室５に存在する第２バルブ閉鎖角Ｐ２にて閉鎖され、次いで気体残分ＧＲは作動室５において圧縮され、上死点Ｐ３の領域において閉鎖された第１バルブ６にわたって広がる差圧ＤＤはパラメータのうちの１つ以上、すなわち第２バルブ閉鎖角Ｐ２と気体残分ＧＲとのうちの１つ以上により決定される。この差圧ＤＤは、上死点Ｐ３の領域における第１バルブ６の開放後に第１バルブ６に急速に広がり、この差圧ＤＤは、圧縮気体ＧＤに起因して変化して、作動室５へと流れる。
【００３２】
第２バルブ閉鎖角Ｐ２は、有利には、第１バルブ６が実質的または全体的に差圧なく上死点Ｐ３の領域において開放されることが可能であるように、上死点Ｐ３の領域における気体残分ＧＲが圧縮気体ＧＤの圧力ＰＤを実質的に有するようにして、予め定められる。
【００３３】
作動室５が、圧縮気体ＧＤの気圧を上回る上死点Ｐ３の領域における気圧ｐＤを有するように、気体残分ＧＲおよび／または第２バルブ閉鎖角Ｐ２が選択され、その結果，第１バルブ６が特に容易に開放されることが、有利であると示され得る。
【００３４】
さらなる有利な方法では、第１バルブ６は、上死点Ｐ３の後、気体膨張分ＧＥが作動室５に存在する第１バルブ閉鎖角Ｐ４にて閉鎖され、次いで気体膨張分ＧＥは作動室５において膨張し、その結果、気体は下死点Ｐ１の領域において膨張気圧ｐＥを有し、第２バルブ７が閉鎖された状態の下死点Ｐ１の領域において作動室５に広がる膨張気圧ｐＥは、パラメータ、すなわち、第１バルブ閉鎖角Ｐ４および気体膨張分ＧＥのうちの１つ以上により決定される。
【００３５】
さらに有利な方法では、下死点Ｐ１の領域における気体膨張分ＧＥが、第２バルブ７の広がっている導入圧力ｐＡ（例えば、大気圧）にほぼ相当する膨張気圧ｐＥを有するようにして、第１バルブ閉鎖角Ｐ４は予め定められており、その結果、第２バルブ７に広がる圧力差は最小となり、第２バルブ７は、有利には、実質的に差圧なく開放される。
【００３６】
さらに有利な方法では、図１４に示されるように、第２バルブ７はわずかに早く閉鎖され、また第１バルブ６が閉鎖された状態の上死点Ｐ３の領域における作動室における気体残分ＧＲが、圧縮気体ＧＤの気圧ｐＤを上回る気圧ｐｍａｘを有するように、第２バルブ閉鎖角Ｐ‘２が選択される。
【００３７】
さらに有利な方法では、図１４に示されるように、第１バルブ６はわずかに早く閉鎖され、また第２バルブ７が、閉鎖された状態において、上死点Ｐ１の領域における気体膨張分ＧＥがバルブ７の導出圧力ｐＡ未満の膨張気圧ｐＥを有するように、第１バルブ閉鎖角Ｐ‘４が選択される。
【００３８】
第１バルブ６および／または第２バルブ７は、有利には、ポート１２ａを有するバルブシート１２とポート１２ａを閉鎖するための閉鎖要素１３とを備え、第１バルブ６の閉鎖要素１３が気体残分ＧＲの気圧に起因して上死点Ｐ３の領域においてバルブシート１２に対し自動的に持ち上がるか、第２バルブ７のその閉鎖要素１３が気体膨張分ＧＥの気圧に起因して下死点Ｐ１の領域においてバルブシート１２に対して自動的に持ち上がるか、その両方である。この自動的な持ち上がりは、閉鎖要素１３がわずかに、好ましくは１ミリメートル未満の程度においてしか持ち上がらず、あったとしても、結果的に無視できる程度の小さい気流しかバルブを通じて生じないので、バルブの開放とはまだ呼ばれない。バルブシート１２から自動的に持ち上がった後、第１および／または第２バルブ６，７の閉鎖用途１３は、ポート１２ａを露出することにより開放させるように、ポート１２ａから制御可能に離れる。バルブのポート１２ａが露出されるようにして、閉鎖要素１３は、好ましくは、回転運動により取り除かれるか運動するが、しかしながら、この運動は直線運動によっても生じ得る。
【００３９】
第１バルブ６および／または第２バルブ７は、有利には、ポート１２ａを有するバルブシート１２と、そのポート１２ａを閉鎖するための閉鎖要素１３とを備え、第１バルブ６および／または第２バルブ７は回転摺動バルブとして設計され、通路１２ａは閉鎖要素１３の回転によって開閉される。
【００４０】
さらに可能な実施形態では、第１および／または第２バルブ６，７は、閉鎖要素１３の自動的な持ち上がりが生じることがないように、閉鎖要素１３がバルブシート１２対し垂直に可動でないように設計されてもよい。この実施形態では、閉鎖要素１３は、第１バルブ６および／または第２バルブ７の閉鎖要素１３を強制的に開放および強制的に閉鎖するのに十分強力な駆動部１５に対し結合されている。
【００４１】
さらなる有利な方法では、第１バルブ６の処理パラメータ設定ＶＳ（例えば、死点Ｐ３の領域における内部室５における圧力）が予め定められる。これを行うため、第２バルブ７の導出バルブ閉鎖角実際値Ｐ２Ｉは、連続する持ち上がりサイクル中に変化し、第１バルブ６の処理パラメータ実際値ＶＩは、導出バルブ閉鎖角実際値Ｐ２Ｉの関数として測定され、導出バルブ閉鎖角実際値Ｐ２Ｉでは、処理パラメータ実際値ＶＩが、導出バルブ設定閉鎖角Ｐ２Ｓｏｌｌとして決定される処理パラメータ設定ＶＳの最も近くにある。往復動ピストンマシン２の後続の連続動作では、第２バルブは、次いで、導出バルブ設定閉鎖角Ｐ２Ｓｏｌｌにて制御可能に閉鎖される。上死点Ｐ３の領域における内部室５に生じる圧力は、例えば、それによって予め決定されるか設定されることが可能である。この方法は、同様に、第２バルブ７の処理パラメータ設定ＶＳ（例えば、下死点Ｐ１の領域における内部室５における圧力）を予め定めるように用いられることが可能である。
【００４２】
さらなる可能な方法では、圧縮気体ＧＤは、連続して接続された２つ以上の往復動ピストンマシン２によって、圧力ｐＤの圧縮気体ＧＤを第１往復動ピストンマシンにおいて第１膨張気圧ＰＥ１に膨張させることによって、また膨張気圧ＰＥ１の気体を後に続く第２往復動ピストンマシンにおいて第２膨張気圧ＰＥ２に膨張させることによって、膨張する。
【００４３】
図４は、この分野において知られるＰ−Ｖ図、すなわち圧縮動作中の往復動ピストンマシン２のサイクル過程を示す。ここで、点Ｑ１（すなわち、下死点）から開始するピストンは、点Ｑ３（すなわち、上死点）に向かって運動し、作動室５に存在する気体は引き込まれて点Ｑ１から点Ｑ２まで圧縮され、第１バルブ６は点Ｑ２にて開放され、圧縮気体は点Ｑ２から点Ｑ３（すなわち、上死点）まで作動室５から排出される。ここで、点Ｑ３から開始するピストンは、点Ｑ１（すなわち、下死点）に向かって運動する。点Ｑ３から開始すると、点Ｑ４にて第１バルブ６が閉鎖され、また第２バルブ７が開放され、気体は点Ｑ４から点Ｑ１まで第２バルブ７を介して、また作動室５を気体により満たす過程において、作動室５へと引き込まれる。点Ｑ１にて、第２バルブ７は閉鎖され、気体は作動室５において圧縮される。
【００４４】
本発明に係る方法では、往復動ピストンマシン２は２つの異なる動作モードにて、すなわち、往復動ピストンコンプレッサとして、または往復動ピストンエキスパンダとして動作してよく、これらの動作モード同士の制御された切換を行うことが、特に選択された動作モードに従う第１および第２バルブ６，７の制御された開閉によって可能となる。往復動ピストンマシン２を用いて気体Ｇを膨張させるためおよび圧縮するための方法は、圧力ｐＤの圧縮気体ＧＤを形成するべく気体が往復動ピストンマシン２によって圧縮されるように、および／または圧力ｐＤの圧縮気体ＧＤが再び膨張するようにして行われる。往復動ピストンマシン２は、有利には、連続動作において往復動ピストンマシン２が往復動ピストンエキスパンダか往復動ピストンコンプレッサとして、第１バルブ６および第２バルブ７の対応する作動によって動作するようにして、連続動作を行い、往復動ピストンエキスパンダモードから往復動ピストンコンプレッサモードに、および往復動ピストンコンプレッサモードから往復動ピストンエキスパンダモードに、バルブの対応する作動によって（好ましくは、連続動作中に）切換えることが可能である。
【００４５】
図５は、Ｐ−Ｖ図により、往復動ピストンエキスパンダ２により膨張した気体の量が部分的な荷重制御によって影響を受けることが可能な、さらなる有利な方法を示す。ここで、第１バルブ６は、部分的な気体の体積ＶＴＥまたは部分的な気体膨張分ＧＴＥが作動室５に存在する第１バルブ閉鎖角Ｐ‘４にて早く閉鎖される。この部分的な気体膨張分ＧＴＥは、点Ｐ４にて可能な最大の気体膨張分ＧＥＭＡＸよりも小さい。部分的な気体膨張分ＧＴＥは、次いで、第２バルブ７が作動点Ｐ‘１にて開放されるまで膨張する。したがって、最大可能気体量のうちの部分的な量しか膨張しない。
【００４６】
図６は、Ｐ−Ｖ図により、往復動ピストンエキスパンダ２により膨張した気体の量が部分的な荷重制御によって影響を受けることが可能な、さらなる有利な方法を示す。ここで、第２バルブ７は、過剰気体体積ＶＲＺまたは過剰気体量ＧＲＺが作動室５に存在する第２バルブ閉鎖角Ｐ‘２にて早く閉鎖される。結果として、作動室５における気圧は、点Ｐ３‘における圧力リザーバ９における圧力ｐＤをすでに上回り、その結果、第１バルブ６が開放されることが可能であり、好ましくは自動的にまたは強制的に開放され、過剰気体量ＧＲＺが当面は上死点Ｐ３の前後において圧力リザーバ９へと押し込まれ、気体は第１バルブ６を介して作動室５へと再び流れることが可能である。さらに、例えば、特に少量の気体を膨張させるように、図５および図６に示される２つの方法を組み合わせることも可能である。
【００４７】
さらなる有利な方法では、図２に示されるように、往復動ピストンマシン２は、内部室５を第１内部室５ａと第２内部室５ｂとに分割する複動式ピストン４を備え、第１バルブ６および第２バルブ７は各内部室５ａ，５ｂに割り当てられ、その結果、第１内部室５ａに圧縮気体ＧＤを形成するように気体が圧縮されるのと同時に、圧縮気体ＧＤが第２内部室５ｂにおいて膨張する。さらに、異なる気体が送出されることが可能である。部分的な荷重制御を用いると、図５および図６により開示されるように、例えば、必要であれば、異なる気圧においても、第１内部室５ａと第２内部室５ｂとにおいて異なる量の気体を扱うことが可能である。
【００４８】
図７〜図１３は、本発明に係る方法を行うための適切なバルブとそれらのバルブのコンポーネントとの例示的な実施形態を示す。図７は、長手方向の断面図により、ポート１２ａ、端面１２ｂおよびボア１２ｅを有するバルブシート１２を備え、またポート１２ａを開閉するために回転軸Ｄの周りを回転可能な閉鎖要素１３を備える、第１バルブ６を示す。バルブシート１２および閉鎖要素１３は、回転摺動バルブ１０を形成する。第１バルブ６は、さらに、ポート１６ａを有するヨーク１６を備え、また閉鎖要素１３を駆動させるために閉鎖要素１３に対し直接接続され得るシャフト１４をチューニングするための駆動部１５を備える。示される例示的な実施形態では、シャフトは、第１シャフト部１４ａと、長手方向Ｌにおける弾性結合部１９と、第２シャフト部１４ｂとを備える。第２シャフト部１４ｂは、ボア１２ｅに案内され、長手方向Ｌに可動である。この実施形態は、対応する圧力比が与えられると、閉鎖要素１３がバルブシート１２から自動的に離れることが可能であるか、自動的にバルブシート１２上に位置することが可能である利点を有する。センサ１００ｃは、第２シャフト部１４ｂからの距離を測定し、その距離から、作動デバイス１００は、閉鎖要素１３とバルブシート１２の端面１２ｂとの間の距離を判定することも可能である。作動デバイス１００は、ライン１００ｂを介してセンサ１００ｃに、ライン１００ａを介して動作駆動部１５に、またライン１００ｄを介してセンサ１００ｅ（例えば、往復動ピストンマシンのクランクシャフトの回転角センサ）に対し接続されている。作動デバイス１００に対し接続されるとともに、例えば気圧ｐＤまたは膨張気圧ｐＥなどの上記の処理パラメータを測定するか、例えば第１または第２バルブ６，７を作動させる、追加のセンサおよび作動部が提供されてよい。
【００４９】
さらなる例示的な実施形態では、閉鎖要素１３が回転軸Ｄの周りを回転方向にしか支持されないように、長手方向Ｌにおける可動性がなくてもよい。この実施形態では閉鎖要素１３の回転は、閉鎖要素１３がバルブシート１２の端面１２ｂに沿って摺動することを意味することになる。
【００５０】
図８は、長手方向の断面図により、閉鎖要素１３がバルブシートの反対側に配置される違いを有する、図７に係る第１バルブ６と同様の設計である第２バルブ７を示す。さらに、シャフト１４は、バルブシート１２を貫通して延びている。シャフト１４は、バルブシート１２を貫通して延びる。シャフト１４は、センサ１８が配置されている凹部１４ｄと、長手方向Ｌにおける弾性結合部１９とをさらに備え、その結果、閉鎖要素１３は長手方向Ｌに可動に支持され、結合部１９は、好ましくは、回転軸Ｄの周りの回転に応じて剛性を有する。センサ１８は、例えば、第１および第２シャフト部１４ａ，１４ｂ間の距離、またはバルブシート１２に対する閉鎖要素１３の位置の変化を測定するように機能する。
【００５１】
図９は、バルブシート１２を詳細に示す。これは、複数のポート１２ａおよびウェブ１２ｆを備え、また端面１２ｂ、環状シート面１２ｃおよび回転の中心Ｚを有するボア１２ｅを備える。
【００５２】
図１０は、閉鎖要素１３を詳細に示す。これは、複数の閉鎖アーム１３ａおよび隙間１３ｂを備え、またハブ１３ｅと中心ボア１３ｃを備える。
図１１は、長手方向の断面図により、図７に示される回転摺動バルブ１０を詳細に示す。図１１は、図９に係るバルブシート１２の長手方向の断面図と、図１０に係る閉鎖要素１３の長手方向の断面図とをさらに示す。封止面１３ｄを備える閉鎖要素１３は、バルブシート１２に対して持ち上がり、間隙Ｓを形成する。閉鎖要素１３は、閉鎖要素１３が閉鎖要素１３に対し作用する圧力に起因して自動的に持ち上がっているとき、図７に示される第１バルブ６の位置をとる。図１２は、この位置にある回転摺動バルブ１０を斜視図から示す。線Ａ−Ａに沿った断面図が、図１１にさらに示される。この位置は、閉鎖要素１３が持ち上がっているのみで、ポート１２ａは依然として覆われており、また間隙Ｓを通じた気体の通路は好ましくは無視できるほど小さいため、まだ開放されたとは呼ばれない。図１３は、完全に開放された位置において、バルブシート１３に対して持ち上がっている閉鎖要素１３を示し、閉鎖要素１３は図１２に係る位置と比較して回転方向Ｄ１に回転しており、またポート１２ａはもはや覆われておらず、したがって完全に開放されている。回転摺動バルブ１０を再び閉鎖するためには、閉鎖要素１３は、閉鎖要素がポート１２ａを完全に覆うまで回転方向Ｄ２に回転する必要がある。閉鎖要素１３は、有利には、持ち上がった位置にある間、特に摩耗を低減するように、回転する。しかしながら、回転摺動バルブ１０は、閉鎖要素１３が長手方向Ｌに可動でなく、その結果、閉鎖要素１３が常にバルブシート１２上に位置し、この位置において、回転摺動バルブ１０をそれぞれ強制的に開放または強制的に閉鎖するべくバルブシート１２に対して回転方向Ｄ１またはＤ２に回ることが可能であるように、設計されてもよい。閉鎖要素は、固定面１３ｆによりシャフト１４に対し接続されている。
【００５３】
図７は、往復動ピストンマシン２の作動を概略的に示す。本発明に係る往復動ピストンマシン２は、すでに図１ａおよび図１ｂに記載されたように、シリンダ３と、ピストン４とを備え、ピストン４は、シリンダ３内において可動であるように配置されるとともにシリンダ３において作動室５の範囲を定め、またピストンが下死点Ｐ１と上死点Ｐ３との間を往復して可動であるようにシリンダ内に配置される。往復動ピストンマシン２は、作動室５に対する流体運搬接続部を有する、作動可能な第１バルブ６と作動可能な第２バルブ７とをさらに備える。作動デバイス１００は、例えば、駆動部１５を作動させるための電気ライン１００ａか、センサ１００ｃを用いて閉鎖要素３のバルブシート１２に対する位置を固定するためのライン１００ｂか、センサ１００ｅを用いて往復動ピストンマシン２のクランク軸角を固定するためのライン１１０ｄを通じた、第１バルブ６と第２バルブ７とに対する信号伝搬接続部を有する。作動デバイス１００は、作動室５に存在する気体残分ＧＲを上死点Ｐ３まで封止することによって上死点Ｐ３の領域における第１バルブ６に広がる圧力差を低下させるべく、上死点Ｐ３に（すなわち、図３に示される点Ｐ２に）達する前に第２バルブ７がすでに強制的に閉鎖されるように、第２バルブ７を作動させ、その結果、有利には、あるとしてもわずかな圧力差しか第１バルブに存在せず、特に有利な実施形態において、内部室５における圧力は圧力リザーバ９におけるよりも大きく、それによって、上死点Ｐ３の領域において、好ましくは自動的に閉鎖要素１３が離れる。
【００５４】
図１５は、シリンダ３と、複動式ピストン４と、第１内部室５ａおよび第２内部室５ｂとを備える往復動ピストンマシン２を概略的に示す。流体導入部２１ａは、流体ライン２１と自走式の第１バルブ６ａとを介した第１内部室５ａに対する流体運搬接続部を有する。第１内部室５ａは、自走式のバルブ７ａと流体ライン２１とを介した流体導出部２１ｂに対する流体運搬接続部を有する。第２バルブ７ａまたは流体ライン２１は、流体ライン２１ｃと作動可能な回転摺動バルブ６ｂとを介した第２内部室５ｂに対する流体運搬接続部を有する。第２内部室５ｂは、作動可能な回転摺動バルブ７ｂと流体ライン２１ｃとを介した第１バルブ６ａまたは流体ライン２１に対する流体運搬接続部を有する。バルブシート１２と閉鎖要素１３とを各々備える回転摺動バルブ６ｂおよび７ｂは、信号線１００ａを介して作動デバイス（図示せず）に対して接続されている。図１５に示される構成は、導入部２１ａと導出部２１ｂとの間を輸送されるある量の流体が、０％と１００％との間の範囲内において制御されることを可能とする。作動可能な回転摺動バルブ６ｂ，７ｂが自走式のバルブであるかのように作動するとき、輸送される流体の量は１００％であり、そのとき、バルブ６ｂは導出バルブであり、バルブ７ｂは導入バルブである。輸送される流体の量を減少させるために、回転摺動バルブ６ｂ，７ｂは、輸送される流体の少なくともある割合が流体方向に循環するように作動し、第２バルブ７ａを介して出てくる流体のいくらかまたはすべてまでもが、流体ライン２１ｃおよび回転摺動バルブ６ｂを介して第２内部室５ｂに送出され、第２内部室５ｂに存在する流体は、回転摺動バルブ７ｂと流体ライン２１ｃと第１バルブ６ａとを介して第１内部室５ａに戻される。ある％の輸送では、回転摺動バルブ６ｂ，７ｂは、第１内部室５ａの中身全体が第２内部室５ｂに送出されるように作動し、次いで第２内部室５ｂの中身全体は第１内部室５ａに戻されるため、その結果、流体導入部２１ａと流体導出部２１ｂとを介して輸送される流体はなくなるか、無視できるほど少量となる。したがって、回転摺動バルブ６ｂ，７ｂの対応する作動により、導入部２１ａと導出部２１ｂとの間を輸送される流体の量が０％から１００％までの範囲において変化することが可能となる。図１５に記載される方法は、２つの単動式ピストン４を用いて自然に動作することも可能であり、その結果、ピストン４を有する２つのシリンダ３がその方法の動作のために必要とされることとなる。
【００５５】
図１６は、マシンハウジング２ａと、共通のシャフト２ｂと、複数のシリンダ３とを備える往復動ピストンマシン２のさらなる例示的な実施形態を概略的に示し、複数のシリンダ３はマシンハウジング２ａに対し固定され、複数のシリンダ３のピストン４は各々がピストン棒２ｃを介して共通のシャフト２ｂにより駆動する。示される例示的な実施形態では、往復動ピストンマシン２は、４つのシリンダ３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆと、流体運搬接続部と、詳細には示されないバルブとを備える。
【００５６】
図１７は、例を用いて、図１６に示される往復動ピストンマシン２の可能な流体運搬回路と流体ライン２１とを、第１、第２および第３の冷却器２２ａ，２２ｂ，２２ｃとともに概略的に示す。用いられるバルブとそのバルブの作動に応じて、例えば図１７に示されるように、４つのシリンダ３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆは、第１シリンダ３ｃ，第２シリンダ３ｄおよび第３シリンダ３ｅがコンプレッサとして動作し、各シリンダの出力は流体ライン２１を介して下流冷却器２２ａ，２２ｂ，２２ｃに送出されるように、また第４シリンダ３ｆがエキスパンダとして動作し、処理されることになる流体が流体導入部２１ｂに送出されて膨張後に流体導出部２１ｂから放出されるように、動作することが可能である。本発明に係る方法およびデバイスは、往復動ピストンマシン２が複数のピストン４とシリンダ３（２つ以上）とを、それらの特定の作動に応じて、シリンダ２をコンプレッサとしてまたはエキスパンダとして動作させる機能を有するように、備えてよい利点を有する。すべてのピストン４が共通のクランクシャフト２ｂによって作動するため、このことは、エキスパンダとして動作するピストンによって共通のクランクシャフト２ｂに送出されるエネルギーが、クランクシャフト２を介してコンプレッサとして動作するピストン４に直接送出されることが可能である利点をもたらす。示される構成は、バルブの対応する作動により、シリンダ３の各々がコンプレッサとしてまたはエキスパンダとして動作することが可能であって、好ましくは各シリンダ３について個々にまた他のシリンダから独立して、シリンダ３がコンプレッサとして動作するかエキスパンダとして動作するかを決定することが可能である利点をさらに有する。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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