Der Vuilleumier-Prozess

1918 erhielt Rudolph Vuilleumier in Amerika ein Patent für eine "Methode und Maschine zur induzierten Wärmetransformation".

Es handelt sich hier um einen geschlossenen Gas-Kreisprozess zur Wärmezu- und -abfuhr durch Wärmeübertrager.
Zwei Verdränger unterteilen ein konstantes Arbeitsvolumen in drei veränderliche Einzelvolumen und verschieben es in periodischen Abläufen zwischen den drei Zylinderräumen "heiß", "warm" und "kalt".
Das Arbeitsgas durchströmt während des Verschiebens einen Regenerator, in dem es jeweils das Temperaturniveau des angeströmten Zylinderraumes annimmt.
Da bei diesem Prozess keine Verdichtung durch Volumenänderung stattfindet, müssen die Verdränger lediglich Reibungsverluste überwinden.
Der Prozess läuft in vier aufeinanderfolgenden Phasen ab:
Während der warme (obere) Verdränger in seiner Position verharrt, läuft der kalte (untere) Verdränger nach unten und befördert dadurch das Arbeitsgas durch den unteren Regenerator in den mittleren, warmen Zylinderraum.
Im unteren Regenerator nimmt das Gas die Temperatur des mittleren Raumes an, wobei sich gleichzeitig der Regenerator auf das kalte Temperaturniveau abkühlt.
Die Folge ist ein Anstieg des mittleren Druckes und damit der mittleren Temperatur. Es wird Wärmeenergie für Heizzwecke entnommen.

In der zweiten Phase läuft nun der obere Verdränger nach unten und befördert das Arbeitsgas im mittleren Raum durch den oberen Regenerator nach oben in den heißen Bereich.
Der untere Verdränger bleibt währenddessen am unteren Totpunkt.
Im oberen Regenerator nimmt das Gas die Temperatur des oberen, heißen Zylinderraumes an; mit dieser Erhitzung steigt wiederholt der Druck und damit auch die Temperatur im mittleren Bereich. Auch jetzt kann Wärme entnommen werden.

In Phase drei läuft der untere Verdränger wieder nach oben und befördert das Arbeitsgas durch den unteren Regenerator wieder nach unten. Das Gas nimmt die Temperatur des unteren Bereiches an; Druck und Temperatur sinken, was jetzt durch Nachheizen im heißen Bereich ausgeglichen wird.

Der obere Verdränger läuft in der vierten Phase wieder nach oben. Auch hier wird das Gas im oberen Regenerator wieder abgekühlt mit der Folge einer Druck- und Temperatursenkung. Diesmal wird das Defizit durch Energiezufuhr im kalten Bereich ausgeglichen.
Der gesamte Prozess beginnt von Neuem.

Die Funktionalität des Regenerators soll folgendes Beispiel erklären:
Ein Spaziergänger in der kalten Jahreszeit bindet sich einen Schal in mindestens 2 Lagen dicht um Mund und Nase. Beim Ausatmen muss die Luft durch das Gewebe des Schals und erwärmt sich auf annähernd Körpertemperatur. Beim Einatmen passiert die kalte Außenluft in entgegengesetzter Richtung den Stoff und erwärmt sich dabei, während der Schal an dieser Stelle jedoch die Temperatur der Außenluft annimmt.
Bei erneutem Ausatmen beginnt der Vorgang erneut...