DE102020133808A1

DE102020133808A1 - Vorrichtung, System und Verfahren zum Kühlen eines Mediums

Info

Publication number: DE102020133808A1
Application number: DE102020133808.2A
Authority: DE
Inventors: Yixia Xu; Christiane Thomas; Ullrich Hesse
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2022-06-23

Abstract

Vorrichtung, System und Verfahren zum Kühlen eines Mediums werden offenbart, wobei eine Vorrichtung (100) zum Kühlen eines Mediums aufweist: eine oder mehrere Strömungskanaleinrichtungen (102), die derart eingerichtet sind, dass das zu kühlende Medium von einem Mediumseinlass (104) zum Zuführen des Mediums zu einem Mediumsauslass (106) zum Abführen des gekühlten Mediums strömen kann; einen Kältemittelspeicher (108), wobei zumindest ein Teil einer jeden der ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen (102) durch den Kältemittelspeicher (108) hindurchführt, wobei der Kältemittelspeicher (108) eingerichtet ist, ein festes Kältemittel (114) derart zu speichern, dass eine Wärmeübertragung von durch die ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen (102) strömenden Medium zu dem festen Kältemittel (114) stattfindet; und eine Gasdurchlasseinrichtung (110), die mit dem Kältemittelspeicher (108) gekoppelt ist und die derart eingerichtet ist, dass sublimiertes Kältemittel aus dem Kältemittelspeicher (108) in eine Umgebung der Vorrichtung (100) austreten kann.

Description

Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zum Kühlen eines Mediums.
In verschiedenen Kühlkreisläufen können flüssige und/oder gasförmige Medien in einem Strömungskanal gekühlt werden. Hierbei kann beispielsweise die Sublimationsenthalpie fester Kältemittel ausgenutzt werden. In Kühlkreisläufen können dem Strömungskanal zum Beispiel feste Partikel zur Kühlung zugeführt werden, so dass eine Feststoff-Gas-Zweiphasenströmung bzw. eine Feststoff-Flüssigkeits-Zweiphasenströmung auftritt. Allerdings können die festen Partikel zu einer Verblockung des Strömungskanals führen. Ferner ist ein Anteil an festen Partikeln in dem Strömungskanal begrenzt, um die Strömung des zu kühlenden Mediums zu gewährleisten. Ferner ist ein Wärmeübergang zwischen einem festen Kältemittel und einem gasförmigen Medium gering, so dass an einem Auslass einer Kühleinheit nicht sublimierte feste Partikel austreten können. Daher kann es erforderlich sein, eine Vorrichtung zum Kühlen eines Mediums bereitzustellen, die ein festes Kältemittel verwendet und die die oben genannten Nachteile behebt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zum Kühlen eines Mediums bereitgestellt, die imstande sind, ein Medium unter Verwendung eines festen Kältemittels zu kühlen und eine Verblockung eines Strömungskanals zu verhindern.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung zum Kühlen eines Mediums aufweisen: eine oder mehrere Strömungskanaleinrichtungen, die derart eingerichtet sind, dass das zu kühlende Medium von einem Mediumseinlass zum Zuführen des Mediums zu einem Mediumsauslass zum Abführen des gekühlten Mediums strömen kann; einen Kältemittelspeicher, wobei zumindest ein Teil einer jeden der ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen durch den Kältemittelspeicher hindurchführt, wobei der Kältemittelspeicher eingerichtet ist, ein festes Kältemittel derart zu speichern, dass eine Wärmeübertragung von durch die ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen strömenden Medium zu dem festen Kältemittel stattfindet; und eine Gasdurchlasseinrichtung, die mit dem Kältemittelspeicher gekoppelt ist und die derart eingerichtet ist, dass sublimiertes Kältemittel aus dem Kältemittelspeicher in eine Umgebung der Vorrichtung austreten kann. Die Vorrichtung mit den in diesem Absatz beschriebenen Merkmalen bildet ein erstes Beispiel.
Anschaulich kann derart die Sublimationsenthalpie des festen Kältemittels genutzt werden und eine Verblockung eines Strömungskanals verhindert werden.
Die Gasdurchlasseinrichtung kann eine Membran und/oder ein Gitter (z.B. ein Metallgitter) aufweisen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem ersten Beispiel bilden ein zweites Beispiel.
Der Kältemittelspeicher kann zumindest einen Teil einer (z.B. einer jeden) der ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen vollständig umgeben. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem ersten Beispiel oder dem zweiten Beispiel bilden ein drittes Beispiel.
Anschaulich kann derart eine Wärmeübertragung von einem in dem Kältemittelspeicher gespeicherten festen Kältemittel zu einem in den ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen strömenden Medium erhöht werden.
Der Kältemittelspeicher kann derart eingerichtet sein, dass in einem mit Kältemittel befüllten Kältemittelspeicher im Wesentlichen keine Zweiphasenströmung von festen Kältemittel und gasförmigen Kältemittel auftritt. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem dritten Beispiel bilden ein viertes Beispiel.
Das feste Kältemittel kann Trockeneis aufweisen. Das in diesem Absatz beschriebene Merkmal in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem vierten Beispiel bildet ein fünftes Beispiel.
Die Vorrichtung kann eine Höhe von ungefähr 20 cm oder weniger und eine Breite von ungefähr 5 cm oder weniger aufweisen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem fünften Beispiel bilden ein sechstes Beispiel.
Anschaulich kann die Vorrichtung dadurch einen geringen Platzbedarf erfordern und kann zum Beispiel platzsparend in einem geschlossenen Kreislauf eingesetzt werden.
Die Vorrichtung kann ferner mindestens einen Kältemitteleinlass zum Zuführen von festem Kältemittel in den Kältemittelspeicher aufweisen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem sechsten Beispiel bilden ein siebtes Beispiel.
Anschaulich kann somit ein Verbrauch an festem Kältemittel (z.B. aufgrund der Sublimation des festen Kältemittels) ausgeglichen werden. Anschaulich kann verbrauchtes Kältemittel des Kältemittelspeichers nachgefüllt werden.
Ein System kann aufweisen: eine oder mehrere Vorrichtungen gemäß dem siebten Beispiel; eine Verdichtungseinrichtung, die eingerichtet ist, das durch die Gasdurchlasseinrichtung einer jeweiligen Vorrichtung der ein oder mehreren Vorrichtungen ausgetretene sublimierte Kältemittel anzusaugen und das angesaugte sublimierte Kältemittel zu verdichten; eine Verflüssigungseinrichtung, die eingerichtet ist, das verdichtete Kältemittel von der Verdichtungseinrichtung zu empfangen und zu verflüssigen; und eine Expansionseinrichtung, die eingerichtet ist, das verflüssigte Kältemittel von der Verflüssigungseinrichtung zu empfangen und mittels einer Expansion des empfangenen Kältemittels eine Feststoff-Gas-Strömung des Kältemittels an den Kältemitteleinlass des Kältemittelspeichers mindestens einer Vorrichtung der ein oder mehreren Vorrichtungen bereitzustellen. Das System mit den in diesem Absatz beschriebenen Merkmalen bildet ein achtes Beispiel.
Anschaulich kann die Vorrichtung auf diese Weise in einem geschlossenen Kreislauf (z.B. Kühlkreislauf) eingesetzt werden. Zum Beispiel kann das System einen geschlossenen Kreislauf bilden.
Die Expansionseinrichtung kann eingerichtet sein, die Feststoff-Gas-Strömung des Kältemittels an den jeweiligen Kältemitteleinlass jeder der ein oder mehreren Vorrichtungen bereitzustellen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem achten Beispiel bilden ein neuntes Beispiel.
Das System kann ferner eine Haupt-Sublimationseinrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, das von dem jeweiligen Mediumsauslass jeder der ein oder mehreren Vorrichtungen abgeführte gekühlte Medium zu empfangen und das empfangene Medium zusätzlich zu kühlen. Die Expansionseinrichtung kann ferner eingerichtet sein, die Feststoff-Gas-Strömung des Kältemittels an die Haupt-Sublimationseinrichtung bereitzustellen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem achten Beispiel oder dem neunten Beispiel bilden ein zehntes Beispiel.
Anschaulich kann die Vorrichtung dadurch zur Vorkühlung eines Mediums dienen.
Die Haupt-Sublimationseinrichtung kann ferner eingerichtet sein, zumindest einen Teil des von der Expansionseinrichtung empfangenen Kältemittels an den Kältemitteleinlass der mindestens einen Vorrichtung der ein oder mehreren Vorrichtungen bereitzustellen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem zehnten Beispiel bilden ein elftes Beispiel.
Anschaulich kann dadurch das Kältemittel im Kältemittelspeicher der Vorrichtung mittels der Haupt-Sublimationseinrichtung befüllt bzw. nachgefüllt werden.
Die Expansionseinrichtung kann ein Ventil, eine Düse oder ein Kapillarrohr aufweisen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des achten Beispiels bis dem elften Beispiel bilden ein zwölftes Beispiel.
Das System kann ferner eine Gassammeleinrichtung (z.B. einen Druckbehälter, z.B. einen Gassammelbehälter) aufweisen, die eingerichtet ist, das durch die jeweilige Gasdurchlasseinrichtung jeder der ein oder mehreren Vorrichtungen ausgetretene sublimierte Kältemittel aufzunehmen. Die Gassammeleinrichtung kann derart mit der Verdichtungseinrichtung gekoppelt sein, dass die Verdichtungseinrichtung das sublimierte Kältemittel aus der Gassammeleinrichtung ansaugen kann. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des achten Beispiels bis dem zwölften Beispiel bilden ein dreizehntes Beispiel.
Anschaulich kann dadurch das sublimierte Kältemittel in einem geschlossenen System wieder verfestigt werden und das Kältemittel im Kältemittelspeicher kann nachgefüllt werden.
Ein Verfahren zum Kühlen eines Mediums unter Verwendung eines festen Kältemittels kann aufweisen: Zuführen des zu kühlenden Mediums in einen oder mehrere Strömungskanäle, von welchen zumindest jeweils ein Teil durch einen Kältemittelspeicher, der das feste Kältemittel aufweist, hindurchführt, derart, dass eine Wärmeübertragung von dem durch die ein oder mehreren Strömungskanäle strömenden Medium zu dem festen Kältemittel stattfindet; und Abführen des gekühlten Mediums aus den ein oder mehreren Strömungskanälen. Das Verfahren mit den in diesem Absatz beschriebenen Merkmalen bildet ein vierzehntes Beispiel.
Das Verfahren kann ferner ein Zuführen von festem Kältemittel in den Kältemittelspeicher aufweisen. Das in diesem Absatz beschriebene Merkmal in Kombination mit dem vierzehnten Beispiel bildet ein fünfzehntes Beispiel.
Das Kältemittel kann dem Kältemittelspeicher als Kältemittel-Schnee zugeführt werden. Das in diesem Absatz beschriebene Merkmal in Kombination mit dem fünfzehnten Beispiel bildet ein sechzehntes Beispiel.
Das Kältemittel kann dem Kältemittelspeicher mittels einer Feststoff-Gas-Strömung des Kältemittels zugeführt werden. Das in diesem Absatz beschriebene Merkmal in Kombination mit dem fünfzehnten Beispiel oder dem sechzehnten Beispiel bildet ein siebzehntes Beispiel.
Das Zuführen von festem Kältemittel in den Kältemittelspeicher kann aufweisen: kontinuierliches Zuführen von festem Kältemittel in den Kältemittelspeicher entsprechend zu einem Verbrauch des festen Kältemittels derart, dass die Menge an festen Kältemittel in dem Kältemittelspeicher im Wesentlichen konstant ist (bzw. bleibt). Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des fünfzehnten Beispiels bis dem siebzehnten Beispiel bilden ein achtzehntes Beispiel.
Der Kältemittelspeicher kann derart eingerichtet sein, dass in einem mit Kältemittel befüllten Kältemittelspeicher im Wesentlichen keine Zweiphasenströmung von festen Kältemittel und gasförmigen Kältemittel auftritt. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des fünfzehnten Beispiels bis dem achtzehnten Beispiel bilden ein neunzehntes Beispiel.
Es zeigen

1A und 1B eine Vorrichtung zum Kühlen eines Mediums gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
1C einen Ausschnitt einer beispielhaften Vorrichtung zum Kühlen eines Mediums gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2A und 2B eine Vorrichtung zum Kühlen eines Mediums gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3A und 3B jeweils ein System mit einer Vorrichtung zum Kühlen eines Mediums, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
4 ein beispielhaftes System mit zwei Vorrichtungen zum Kühlen eines Mediums, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Kühlen eines Mediums unter Verwendung eines festen Kältemittels, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann.
Zum Kühlen von flüssigen und/oder gasförmigen Medien in einem Kühlkreislauf kann einem Strömungskanal ein festes Kältemittel zugeführt werden, so dass eine Feststoff-Gas-Zweiphasenströmung bzw. eine Feststoff-Flüssigkeits-Zweiphasenströmung auftritt. Allerdings kann das feste Kältemittel zu einer Verblockung des Strömungskanals führen. Ferner ist ein Anteil an festen Partikeln in dem Strömungskanal begrenzt, um die Strömung des zu kühlenden Mediums zu gewährleisten. Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zum Kühlen eines Mediums unter Verwendung eines festen Kältemittels, die imstande sind, eine Verblockung eines Strömungskanals zu verhindern.
1A zeigt eine Vorrichtung 100 zum Kühlen eines Mediums gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das zu kühlende Medium kann zum Beispiel ein flüssiges Medium (z.B. Wasser), ein gasförmiges Medium (z.B. Luft), oder ein zweiphasiges (flüssiges/gasförmiges) Medium sein. 1A zeigt einen Querschnitt der Vorrichtung 100; die Vorrichtung 100 kann zum Beispiel zylinderförmig sein. Die Grundfläche des Zylinders kann zum Beispiel ein Kreis, ein Dreieck, ein Viereck oder ein n-Eck (Polygon) sein. Die Vorrichtung 100 kann zum Beispiel eine Höhe (oder Breite) von ungefähr 20 cm oder weniger (z.B. 15 cm oder weniger, z.B. 10 cm oder weniger, z.B. 5 cm oder weniger, etc.) und eine Breite (bzw. Höhe) von ungefähr 5 cm oder weniger (z.B. 4 cm oder weniger, z.B. 3 cm oder weniger, z.B. 2 cm oder weniger, etc.) aufweisen.
Die Vorrichtung 100 kann ein oder mehrere Strömungskanaleinrichtungen 102 (im manchen Aspekten auch als Strömungskanäle bezeichnet) aufweisen. Der Querschnitt einer jeden Strömungskanaleinrichtung 102 der ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen 102 kann zum Beispiel ein Kreis oder ein n-Eck (Polygon, wie beispielsweise ein Dreieck, ein Viereck, etc.) sein.
Die Vorrichtung 100 kann einen Mediumseinlass 104 aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Vorrichtung 100 das zu kühlende Medium mittels des Mediumseinlasses 104 zugeführt werden. Die Vorrichtung 100 kann einen Mediumsauslass 106 aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das gekühlte Medium mittels des Mediumsauslasses 106 aus der Vorrichtung 100 abgeführt werden. Jede der ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen 102 kann derart eingerichtet sein, dass das zumindest ein Teil des Mediums von dem Mediumseinlass 104 zu dem Mediumsauslass 106 strömen kann.
Die Vorrichtung 100 kann einen Kältemittelspeicher 108 aufweisen. Zumindest ein Teil einer jeden Strömungskanaleinrichtung 102 der ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen 102 kann durch den Kältemittelspeicher 108 hindurchführen. Der Kältemittelspeicher 108 kann eingerichtet sein, ein festes Kältemittel zu speichern. Der Kältemittelspeicher 108 kann eingerichtet sein, das feste Kältemittel derart zu speichern, dass eine Wärmeübertragung von durch die ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen 102 strömenden Mediums zu dem festen Kältemittel stattfindet. Zum Beispiel kann der Kältemittelspeicher 108 zumindest einen Teil einer Strömungskanaleinrichtung 102 der ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen 102 umgeben (z.B. vollständig umgeben). Zum Beispiel kann der Kältemittelspeicher 108 zumindest einen Teil einer jeden Strömungskanaleinrichtung 102 der ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen 102 umgeben (z.B. vollständig umgeben). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen 102 ein oder mehrere Materialien aufweisen bzw. daraus gebildet sein, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen (z.B. Cu, Al, Au, Ag, etc.; z.B. Legierungen, die ein oder mehrere davon aufweisen).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Kältemittelspeicher 108 einen Hohlraum aufweisen. Der Kältemittelspeicher 108 kann eine Gitterstruktur (z.B. eine Metallgitter-Struktur) aufweisen. Dadurch kann zum Beispiel eine effektive Wärmeleitfähigkeit des festen Kältemittels erhöht werden.
Eine Strömungskanaleinrichtung, wie hierin verwendet, kann jede Art von Verbindung sein, die imstande ist, ein strömendes Medium zu transportieren (d.h. einen Strömungskanal bereitzustellen), wie beispielsweise ein Rohr, eine Leitung, eine Mediums-Führung, etc.
Der Kältemittelspeicher 108 kann derart eingerichtet sein, dass in einem mit Kältemittel befüllten Kältemittelspeicher 108 im Wesentlichen keine Zweiphasenströmung von festen Kältemittel und gasförmigen Kältemittel auftritt.
Die Vorrichtung 100 kann eine Gasdurchlasseinrichtung 110 aufweisen. Die Gasdurchlasseinrichtung 110 kann mit dem Kältemittelspeicher 108 gekoppelt sein. Die Gasdurchlasseinrichtung 110 kann derart eingerichtet sein, dass sublimiertes Kältemittel aus dem Kältemittelspeicher 108 in eine Umgebung der Vorrichtung 100 austreten kann. Die Gasdurchlasseinrichtung 110 kann eine Membran aufweisen. Die Gasdurchlasseinrichtung 110 kann ein Gitter (z.B. ein Metallgitter) aufweisen. Die Gasdurchlasseinrichtung 110 kann mehrere Elemente aufweisen, die einen Gasaustritt aus dem Kältemittelspeicher 108 in die Umgebung der Vorrichtung 100 ermöglichen, wie beispielsweise mehrere Membranen und/oder mehrere Gitter.
Die Vorrichtung 100 kann mindestens einen Kältemitteleinlass 112 aufweisen. Der mindestens eine Kältemitteleinlass 112 kann eingerichtet sein, an den Kältemitteleinlass 112 bereitgestelltes festes Kältemittel dem Kältemittelspeicher 108 zuzuführen. Anschaulich kann dem Kältemittelspeicher 108 mittels des Kältemitteleinlasses 112 festes Kältemittel (z.B. als feste Partikel, z.B. als Kältemittel-Schnee) zugeführt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der mindestens eine Kältemitteleinlass 112 derart angeordnet sein, dass dem mindestens einen Kältemitteleinlass 112 zugeführtes festes Kältemittel den Kältemittelspeicher 108 mittels Schwerkraft (negative z-Richtung) befüllt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der mindestens eine Kältemitteleinlass 112, wie in 1A dargestellt, nahe dem Mediumsauslass 106 angeordnet sein.
Die Vorrichtung 100 kann ferner ein Gehäuse 113 aufweisen. Das Gehäuse 113 kann eingerichtet sein, die Stabilität der hierein beschriebenen Komponenten der Vorrichtung 100 zu gewährleisten.
1B veranschaulicht ein Betreiben der Vorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Der Kältemittelspeicher 108 kann festes Kältemittel 114 aufweisen. Der Kältemittelspeicher 108 kann das feste Kältemittel 114 speichern. Das feste Kältemittel 114 kann dem Kältemittelspeicher 108 zum Beispiel mittels des mindestens einen Kältemitteleinlasses 112 zugeführt worden sein (z.B. als feste Partikel, z.B. als Kältemittel-Schnee). Das hierin beschriebene feste Kältemittel kann zum Beispiel Trockeneis aufweisen oder sein.
Das zu kühlende Medium 116 kann dem Mediumseinlass 104 der Vorrichtung 100 zugeführt werden (z.B. mittels einer geeigneten Verbindung, wie beispielsweise ein Rohr oder eine Leitung). Ein Teil des zu kühlenden Mediums 116 kann durch jede Strömungskanaleinrichtung 102 der ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen 102 von dem Mediumseinlass 104 zu dem Mediumsauslass 106 strömen. Die beispielhafte Strömungsrichtung ist durch den Pfeil 122 veranschaulicht. Hierbei kann ein Wärmedurchgang von dem durch die ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen 102 strömenden Mediums 116 zu dem festen Kältemittel 114 stattfinden. Der Wärmedurchgang ist zur Veranschaulichung durch die gefüllten Pfeile 118 dargestellt. Zum Beispiel kann eine Wärmeübertragung von dem zu kühlenden Medium zu einer jeweiligen Wand der ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen 102 und zu dem festen Kältemittel 114 stattfinden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das (z.B. in Schneeform zugeführte) feste Kältemittel 114 eine poröse Struktur (z.B. durch Agglomeration der festen Partikel) aufweisen. Hierbei kann zum Beispiel eine Wärmeübertragung durch eine freie oder erzwungene Konvektion des sublimierten Kältemittels 120 im Inneren der porösen Struktur des festen Kältemittels auftreten.
Der Wärmübergang zu dem festen Kältemittel 114 kann zu einer Erwärmung des festen Kältemittels 114 führen. Der Wärmübergang zu dem festen Kältemittel 114 kann zu einer Sublimation des festen Kältemittels 114 führen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das sublimierte Kältemittel 120 durch die Gasdurchlasseinrichtung 110 hindurch aus dem Kältemittelspeicher 108 in die Umgebung der Vorrichtung 100 austreten. Anschaulich tritt das gasförmige (sublimierte) Kältemittel 120 durch die Gasdurchlasseinrichtung 110 aus der Vorrichtung 100 aus.
Das in der Vorrichtung 100 gekühlte Medium 124 kann mittels des Mediumsauslasses 106 abgeführt werden.
1C zeigt einen Ausschnitt 200 einer beispielhaften Vorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. In diesem Beispiel kann die Vorrichtung 100 vier Strömungskanaleinrichtungen 102A, 102B, 102C, 102D aufweisen. In diesem Beispiel kann die Gasdurchlasseinrichtung 110 ein Gitter (z.B. ein feinmaschiges Gitter, z.B. ein Metallgitter) aufweisen.
2A zeigt die Vorrichtung 100 zum Kühlen eines Mediums gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Hierbei kann der mindestens eine Kältemitteleinlass 112 einen ersten Kältemitteleinlass 112A und einen zweiten Kältemitteleinlass 112B aufweisen. Der erste Kältemitteleinlass 112A und der zweite Kältemitteleinlass 112B können, wie in 2A dargestellt, nahe der Gasdurchlasseinrichtung 110 angeordnet sein. Die Gasdurchlasseinrichtung 110 kann zum Beispiel nur in einem Teil des Gehäuses 113 ausgebildet sein.
Anschaulich kann die räumliche Anordnung der in 2A dargestellten Vorrichtung 100 von der in 1A und 1B dargestellten räumlichen Anordnung verschieden sein. Die jeweils dargestellte räumliche Anordnung kann zum Beispiel die räumliche Anordnung sein, in welcher die Vorrichtung 100 werden kann und/oder betrieben werden soll. Anschaulich kann die Vorrichtung 100 vertikal (1A und 1B) oder horizontal (2A und 2B) ausgeführt sein.
2B veranschaulicht ein Betreiben der in 2A gezeigten Vorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Der Kältemittelspeicher 108 kann das feste Kältemittel 114 speichern. Das feste Kältemittel 114 kann dem Kältemittelspeicher 108 zum Beispiel mittels des ersten Kältemitteleinlasses 112A und/oder mittels des zweiten Kältemitteleinlasses 112B zugeführt worden sein (z.B. als feste Partikel, z.B. als Kältemittel-Schnee).
Das zu kühlende Medium 116 kann dem Mediumseinlass 104 der Vorrichtung 100 zugeführt werden. Das zu kühlende Medium 116 kann durch die Strömungskanaleinrichtung 102 von dem Mediumseinlass 104 zu dem Mediumsauslass 106 strömen. Die beispielhafte Strömungsrichtung ist durch den Pfeil 122 veranschaulicht. Hierbei kann ein Wärmedurchgang von dem durch die Strömungskanaleinrichtung 102 strömenden Mediums 116 zu dem festen Kältemittel 114 stattfinden. Der Wärmübergang zu dem festen Kältemittel 114 kann zu einer Sublimation des festen Kältemittels 114 führen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das sublimierte Kältemittel 120 durch die Gasdurchlasseinrichtung 110 hindurch aus dem Kältemittelspeicher 108 in die Umgebung der Vorrichtung 100 austreten.
Das in der Vorrichtung 100 gekühlte Medium 124 kann mittels des Mediumsauslasses 106 abgeführt werden.
Anschaulich kann die hierin beschriebene Vorrichtung 100 Sublimationsenthalpie eines festen Kältemittels speichern und nutzen. Anschaulich kann die Vorrichtung 100 eine Sublimationszelle sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die hierin beschriebene Vorrichtung 100 in einem geschlossenen Kreislauf verwendet werden (siehe zum Beispiel 3A, 3B, 4). Wird unvollständig sublimiertes Kältemittel einem Verdichter zugeführt, so kann dies zu einer Beschädigung des Verdichters führen. Anschaulich kann das hierin beschriebene System (siehe zum Beispiel 3A, 3B, 4) eine Beschädigung des Verdichters aufgrund unvollständig sublimierten Kältemittels verhindern und zwar indem sublimiertes Kältemittel von einer Gassammeleinrichtung aufgenommen wird und der Verdichter das sublimierte Kältemittel ansaugen kann.
Feste Kältemittel können auf verschiedene Weise zur Kühlung eingesetzt werden:

Ein festes Kältemittel kann zum Beispiel zur Kühlung eingesetzt werden, indem eine Oberfläche mit dem festen Kältemittel besprüht wird. Allerdings sind Wärmeübertragungsflächen und damit ein Maß an Kühlung begrenzt. Ferner erfordert dies einen Zugang der Wärmeübertragungsflächen und ist nur bedingt skalierbar. Des Weiteren handelt es sich hierbei um einen Verschleißprozess.

Ein festes Kältemittel kann zum Beispiel einem Strömungskanal zugeführt werden und der Strömungskanal kann mehrere Teilkanäle aufweisen, auf die das in dem Strömungskanal strömende Medium mittels Düsen aufgeteilt wird. So kann zwar eine Verblockungsgefahr verringert werden, allerdings führt dies zu höheren Kosten und die Düsen können aufgrund des festen Kältemittels verblocken.
Ein festes Kältemittel kann zum Beispiel einem Strömungskanal zugeführt werden, welcher Sekundärfluid aufweist. Hierbei kann das Sekundärfluid einen Wärmeübergang verbessern und eine Verblockungsgefahr verringern. Allerdings sind hierbei Flüssigkeitsabscheidungseinrichtungen erforderlich, um eine Fluidverschleppung zu vermeiden.
Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zum Kühlen eines Mediums unter Verwendung eines festen Kältemittels, die imstande sind, die zuvor beschriebenen Nachteile zu beheben.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die hierin beschriebene Vorrichtung 100 imstande, in Abhängigkeit der Wahl des Kältemittels, Temperaturbereiche unterhalb des spezifischen Tripelpunkts des Kältemittels nutzbar zu machen. So können zum Beispiel Arbeitsfluide verwendet werden, deren Tripelpunkts-Druck oberhalb des Atmosphärendrucks liegt. Beispielsweise kann somit Kohlenstoffdioxid (CO₂ /R744) als Kältemittel verwendet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die hierin beschriebene Vorrichtung 100 imstande, Kältemittel zu einzusetzen, die zur Kälteerzeugung unterhalb von -50 °C verwenden werden können.
3A zeigt ein System 300A mit einer Vorrichtung 100 zum Kühlen eines Mediums, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das System 300A kann ein geschlossenes System sein. Das System 300A kann ein geschlossener Kühlkreislauf sein.
Das System 300A kann mehrere Strömungswege 304A, 304B, 304C, 304D aufweisen. Ein Strömungsweg, wie hierin verwendet, kann jede Art von Verbindung sein, die imstande ist das Medium zu transportieren, wie beispielsweise ein Rohr, eine Leitung, eine Mediums-Führung, etc.
Das System 300A kann ferner eine Verdichtungseinrichtung 302 (in manchen Aspekten auch als Verdichter bezeichnet) aufweisen. Die Verdichtungseinrichtung 302 kann eingerichtet sein, das durch die Gasdurchlasseinrichtung 110 der Vorrichtung 100 ausgetretene sublimierte Kältemittel 120 zu verdichten. Die Verdichtungseinrichtung 302 kann eingerichtet sein, das durch die Gasdurchlasseinrichtung 110 der Vorrichtung 100 ausgetretene sublimierte Kältemittel 120 zu anzusaugen und das angesaugte sublimierte Kältemittel 120 zu verdichten. Zum Beispiel kann der Verdichtungseinrichtung 302 das sublimierte Kältemittel 120 mittels des Strömungswegs 304A zugeführt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Verdichtungseinrichtung 302 das sublimierte Kältemittel 120 mittels des Strömungswegs 304A ansaugen. Anschaulich kann der Strömungsweg 304A eine Saugleitung sein.
Das System 300A kann eine Verflüssigungseinrichtung 306 aufweisen. Die Verflüssigungseinrichtung 306 kann eingerichtet sein, das verdichtete Kältemittel von der Verdichtungseinrichtung 302 zu empfangen und zu verflüssigen. Zum Bespiel kann die Verflüssigungseinrichtung 306 das verdichtete Kältemittel von der Verdichtungseinrichtung 302 mittels des Strömungswegs 304B empfangen.
Das System 300A kann eine Expansionseinrichtung 308 aufweisen. Die Expansionseinrichtung 308 kann eingerichtet sein, das verflüssigte Kältemittel von der Verflüssigungseinrichtung 306 zu empfangen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Expansionseinrichtung 308 eingerichtet sein, das verflüssigte Kältemittel von der Verflüssigungseinrichtung 306 mittels des Strömungswegs 304C zu empfangen.
Die Expansionseinrichtung 308 kann eingerichtet sein, mittels einer Expansion des empfangenen Kältemittels eine Feststoff-Gas-Strömung zu erzeugen. Die Expansionseinrichtung 308 kann eingerichtet sein, die Feststoff-Gas-Strömung des Kältemittels an den mindestens einen Kältemitteleinlass 112 der Vorrichtung 100 bereitzustellen. Die Expansionseinrichtung 308 kann eingerichtet sein, die Feststoff-Gas-Strömung des Kältemittels mittels des Strömungswegs 304D an den mindestens einen Kältemitteleinlass 112 der Vorrichtung 100 bereitzustellen. Anschaulich kann der Kältemittelspeicher 108 mit dem Kältemittel in Schneeform innerhalb einer Feststoff-Gas-Strömung beladen (z.B. gefüllt werden). Hierbei kann der feste Anteil der Feststoff-Gas-Strömung in dem Kältemittelspeicher 108 (als festes Kältemittel 114) gesammelt werden und der gasförmige Anteil der Feststoff-Gas-Strömung kann durch die Gasdurchlasseinrichtung 110 aus der Vorrichtung 100 austreten.
Die Expansionseinrichtung 308 kann zum Beispiel ein Ventil, eine Düse und/oder ein Kapillarrohr aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Expansionseinrichtung 308 ein Ventil und ein damit gekoppeltes Kapillarrohr aufweisen.
Anschaulich kann derart der Kältemittelspeicher 108 der Vorrichtung 100 mit festen Kältemittel 114 gefüllt werden. Anschaulich kann derart zum Beispiel der Kältemittelspeicher 108 der Vorrichtung 100 kontinuierlich mit festen Kältemittel 114 nachgefüllt werden (z.B. die durch Sublimation des festen Kältemittels 114 verringerte Menge an festem Kältemittel 114 auszugleichen; z.B. um die Menge an festem Kältemittel 114 im Wesentlichen gleichbleibend zu halten). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 100 nachgefüllt werden, sobald ein minimaler Füllstand erreicht ist. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 100 einen Sensor aufweisen, der eingerichtet ist, den Füllstand und/oder ein Unterschreiten des minimalen Füllstandes zu detektieren. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein System mehrere Vorrichtungen 100 aufweisen (siehe zum Beispiel 4). Hierbei können beispielsweise ein oder mehrere der Vorrichtungen 100 abwechselnd zum Kühlen eines Mediums betrieben werden und nicht betriebene Vorrichtungen 100 können nachgefüllt werden.
Die Vorrichtung 100 kann, wie hierin beschrieben, eingerichtet sein, ein durch die ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen 102 strömendes Medium 310 unter Verwendung des festen Kältemittels zu kühlen.
Es wird darauf hingewiesen, dass das System 300A mehrere Vorrichtungen 100 aufweisen kann. Zum Beispiel können die mehreren Vorrichtungen 100 in Reihe geschaltet sein, so dass das zu kühlende Medium 310 durch die ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen 102 jeder der mehreren Vorrichtungen 100 strömen kann. Die Verdichtungseinrichtung 302 kann eingerichtet sein, das durch die Gasdurchlasseinrichtung 110 jeder Vorrichtung 100 der mehreren Vorrichtungen 100 ausgetretene sublimierte Kältemittel 120 zu verdichten. Die Expansionseinrichtung 308 kann eingerichtet sein, die Feststoff-Gas-Strömung des Kältemittels an den mindestens einen Kältemitteleinlass 112 jeder Vorrichtung 100 der mehreren Vorrichtungen 100 bereitzustellen. Zum Beispiel kann die Expansionseinrichtung 308 für jede Vorrichtung 100 ein Ventil, eine Düse und/oder ein Kapillarrohr aufweisen.
3B zeigt ein System 300B mit einer Vorrichtung 100 zum Kühlen eines Mediums, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das System 300B kann im Wesentlichen dem System 300A entsprechen, wobei das System 300B ferner eine Haupt-Sublimationseinrichtung 312 aufweisen kann.
Die Haupt-Sublimationseinrichtung 312 kann eingerichtet sein, das von dem Mediumsauslass 106 der Vorrichtung 100 abgeführte gekühlte Medium 124 zu empfangen. Die Haupt-Sublimationseinrichtung 312 kann eingerichtet sein, das von dem Mediumsauslass 106 der Vorrichtung 100 empfangene gekühlte Medium 124 zusätzlich zu kühlen. Anschaulich kann die Vorrichtung 100 als Vorkühler für die Haupt-Sublimationseinrichtung 312 dienen. Anschaulich kann ein Hybridbetrieb der Vorrichtung 100 mit der Haupt-Sublimationseinrichtung 312 für die Speicherung und Kälterückgewinnung des nicht sublimierten festen Kältemittels ermöglicht werden. Die Haupt-Sublimationseinrichtung 312 kann jede Art von Einrichtung sein, die imstande ist, das Medium mittels einer Sublimation eines festen Kältemittels (z.B. dem festen Kältemittel 114 entsprechend, z.B. ein von dem in der Vorrichtung 100 verwendeten festen Kältemittel 114 verschiedenes festes Kältemittel) zu kühlen.
Die Expansionseinrichtung 308 kann eingerichtet sein, die Feststoff-Gas-Strömung des Kältemittels an die Haupt-Sublimationseinrichtung 312 bereitzustellen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Haupt-Sublimationseinrichtung 312 mit der Vorrichtung 100 derart gekoppelt sein, dass mittels der Feststoff-Gas-Strömung des Kältemittels Kältemittel von der Haupt-Sublimationseinrichtung 312 zu dem mindestens einen Kältemitteleinlass 112 der Vorrichtung 100 bereitgestellt wird. Die Haupt-Sublimationseinrichtung 312 kann eingerichtet sein, zumindest einen Teil des von der Expansionseinrichtung 308 empfangenen Kältemittels an den mindestens einen Kältemitteleinlass 112 der Vorrichtung 100 bereitzustellen. Anschaulich kann der Kältemittelspeicher 108 der Vorrichtung 100 mittels der Haupt-Sublimationseinrichtung 312 mit festem Kältemittel (z.B. festen Partikeln des Kältemittels, z.B. als Kältemittel-Schnee) befüllt werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass das System 300B mehrere Vorrichtungen 100 aufweisen kann. Zum Beispiel können die mehreren Vorrichtungen 100 in Reihe geschaltet sein, so dass das zu kühlende Medium 310 durch die ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen 102 jeder der mehreren Vorrichtungen 100 strömen kann und dass die Haupt-Sublimationseinrichtung 312 das von den mehreren Vorrichtungen 100 abgeführte gekühlte Medium 124 empfangen kann. Die Verdichtungseinrichtung 302 kann eingerichtet sein, das durch die Gasdurchlasseinrichtung 110 jeder Vorrichtung 100 der mehreren Vorrichtungen 100 ausgetretene sublimierte Kältemittel 120 zu verdichten. Die Haupt-Sublimationseinrichtung 312 kann eingerichtet sein, zumindest einen Teil des von der Expansionseinrichtung 308 empfangenen Kältemittels an den mindestens einen Kältemitteleinlass 112 einer jeden Vorrichtung 100 der mehreren Vorrichtungen 100 bereitzustellen. Anschaulich kann der jeweilige Kältemittelspeicher 108 jeder Vorrichtung 100 mittels der Haupt-Sublimationseinrichtung 312 mit festem Kältemittel befüllt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann System 300A und/oder das System 300B ferner eine Gassammeleinrichtung aufweisen. Die Gassammeleinrichtung kann eingerichtet sein, das durch die Gasdurchlasseinrichtung 110 der Vorrichtung 100 (bzw. das durch die jeweilige Gasdurchlasseinrichtung 110 jeder Vorrichtung 100 der mehreren Vorrichtungen 100) ausgetretene sublimierte Kältemittel 120 aufzunehmen. Die Gassammeleinrichtung kann mit der Verdichtungseinrichtung 302 derart gekoppelt sein, dass die Verdichtungseinrichtung 302 das sublimierte Kältemittel 120 aus der Gassammeleinrichtung ansaugen kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Kühlleistung und/oder eine Speicherkapazität mittels einer Erhöhung einer Anzahl der mehreren Vorrichtungen 100 erhöht werden. Anschaulich ist somit eine Kühlleistung regelbar, indem eine Anzahl an aktivierten (d.h. zu einem jeweiligen Zeitpunkt verwendeten) Vorrichtungen 100 gesteuert werden kann. Die hierin beschriebene Vorrichtung 100 ermöglicht eine Skalierbarkeit der Kälteleistung (z.B. mittels einer Anzahl an verwendeten Vorrichtungen 100).
4 zeigt ein beispielhaftes System 400 mit zwei Vorrichtungen 100-1, 100-2 zum Kühlen eines Mediums, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die erste Vorrichtung 100-1 und die zweite Vorrichtung 100-2 können entsprechend der Vorrichtung 100 eingerichtet sein. Die in 4 dargestellten Vorrichtungen 100 (erste Vorrichtung 100-1 und zweite Vorrichtung 100-2) sind beispielhaft entsprechend zu der in 1A und 1B gezeigten vertikalen Ausführung dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass die erste Vorrichtung 100-1 und/oder die zweite Vorrichtung 100-2 auch entsprechend zu der in 1A und 1B gezeigten horizontalen Ausführung ausgeführt sein kann.
Die erste Vorrichtung 100-1 und die zweite Vorrichtung 100-2 können in einer Gassammeleinrichtung 402 angeordnet sein. Die Gassammeleinrichtung 402 kann eingerichtet sein, das durch die Gasdurchlasseinrichtung 110 der ersten Vorrichtung 100-1 und das durch die Gasdurchlasseinrichtung 110 der zweiten Vorrichtung 100-2 ausgetretene sublimierte Kältemittel 120 aufzunehmen.
Die Expansionseinrichtung 308 kann eine erste Expansionseinrichtung 308-1 und eine zweite Expansionseinrichtung 308-2 aufweisen. Die erste Expansionseinrichtung 308-1 kann mittels eines ersten Strömungswegs 304D-1 mit dem Kältemitteleinlass 112 der ersten Vorrichtung 100-1 gekoppelt sein. Die zweite Expansionseinrichtung 308-2 kann mittels eines zweiten Strömungswegs 304D-2 mit dem Kältemitteleinlass 112 der zweiten Vorrichtung 100-2 gekoppelt sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Expansionseinrichtung 308-1 ein erstes Ventil aufweisen oder sein und der erste Strömungsweg 304D-1 kann ein erstes Kapillarrohr aufweisen oder sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zweite Expansionseinrichtung 308-2 ein zweites Ventil aufweisen oder sein und der zweite Strömungsweg 304D-2 kann ein zweites Kapillarrohr aufweisen oder sein. Zum Beispiel kann eine jeweilige Beladung der ersten Vorrichtung 100-2 und/oder der zweiten Vorrichtung 100-2 mittels des jeweils zugeordneten Ventils (des ersten Ventils bzw. des zweiten Ventils) gesteuert werden.
Das System 400 (in manchen Aspekten auch als Vorrichtung 400 bezeichnet) kann eine Medium-Zufuhr 404 aufweisen. Das System 400 kann eine erste Medium-Sammeleinheit 406 aufweisen. Die Medium-Zufuhr 404 kann eingerichtet sein, das zu kühlende Medium 116 der ersten Medium-Sammeleinheit 406 zuzuführen. Die erste Medium-Sammeleinheit 406 kann eingerichtet sein, das zugeführte zu kühlende Medium 116 zu speichern. Die erste Medium-Sammeleinheit 406 kann eingerichtet sein, das zugeführte zu kühlende Medium 116 an den Mediumseinlass 104 der ersten Vorrichtung 100-1 und an den Mediumseinlass 104 der zweiten Vorrichtung 100-2 bereitzustellen.
Das System 400 kann eine zweite Medium-Sammeleinheit 408 aufweisen. Die zweite Medium-Sammeleinheit 408 kann eingerichtet sein, das gekühlte Medium 124 von dem Mediumsauslass 106 der ersten Vorrichtung 100-1 und dem Mediumsauslass 106 der zweiten Vorrichtung 100-2 zu empfangen. Die zweite Medium-Sammeleinheit 408 kann eingerichtet sein, das empfangene gekühlte Medium 124 zu speichern. Das System 400 kann eine Medium-Abfuhr 410 aufweisen. Die Medium-Abfuhr 410 kann eingerichtet sein, das gekühlte Medium 124 abzuführen.
Wie hierin beschrieben, kann das Kühlen des Mediums 116 zu einer Sublimation des festen Kältemittels 114 führen. Das sublimierte Kältemittel 120 kann durch die Gasdurchlasseinrichtung 110 der ersten Vorrichtung 100-1 und durch die Gasdurchlasseinrichtung 110 der zweiten Vorrichtung 100-2 austreten. Die Gassammeleinrichtung 402 kann eingerichtet sein, das ausgetretene sublimierte Kältemittel 120 aufzunehmen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das System 400 (z.B. die Gassammeleinrichtung 402) eine sublimiertes-Kältemittel-Abfuhr 412 aufweisen. Die sublimiertes-Kältemittel-Abfuhr 412 kann mit der Verdichtungseinrichtung 302 derart gekoppelt sein, dass die Verdichtungseinrichtung 302 das sublimierte Kältemittel 120 aus der Gassammeleinrichtung 402 ansaugen kann. Anschaulich kann die Gassammeleinrichtung 402 einen im Wesentlichen luftdicht abgeschlossen Raum bilden, in dem das sublimierte Kältemittel 120 aufgenommen werden kann. Die Gassammeleinrichtung 402 kann eingerichtet sein, einem vordefinierten Druck des sublimierten Kältemittels 120 (in manchen Aspekten auch als Sublimationsdruck bezeichnet) standzuhalten. Anschaulich kann die Gassammeleinrichtung 402 eingerichtet sein, für den vordefinierten Druck des sublimierten Kältemittels 120 druckfest zu sein. Das System 400 kann derart eingerichtet sein, dass das sublimierte Kältemittel 120 im Wesentlichen ausschließlich durch die sublimiertes-Kältemittel-Abfuhr 412 aus der Gassammeleinrichtung 402 strömen kann.
Anschaulich kann das System 400 in Kombination mit dem System 300A oder dem System 300B ein geschlossenes System, wie beispielsweise einen geschlossenen Kühlkreislauf bilden.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm 500 eines Verfahrens zum Kühlen eines Mediums unter Verwendung eines festen Kältemittels, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Das Verfahren kann aufweisen: Zuführen des zu kühlenden Mediums in einen oder mehrere Strömungskanäle, von welchen zumindest jeweils ein Teil durch einen Kältemittelspeicher, der das feste Kältemittel aufweist, hindurchführt, derart, dass eine Wärmeübertragung (z.B. ein Wärmeübergang, z.B. ein Wärmedurchgang) von dem durch die ein oder mehreren Strömungskanäle strömenden Medium zu dem festen Kältemittel stattfindet (in 502).
Das Verfahren kann ein Abführen des gekühlten Mediums aus den ein oder mehreren Strömungskanälen aufweisen (in 504).
Optional kann das Verfahren ferner ein Zuführen von festem Kältemittel in den Kältemittelspeicher aufweisen. Das Kältemittel kann zum Beispiel als Kältemittel-Schnee dem Kältemittelspeicher zugeführt werden. Das Kältemittel kann zum Beispiel mittels einer Feststoff-Gas-Strömung des Kältemittels dem Kältemittelspeicher zugeführt werden. Das Kältemittel kann zum Beispiel entsprechend zu einem Verbrauch des festen Kältemittels kontinuierlich dem Kältemittelspeicher zugeführt. Das Kältemittel kann entsprechend dem Verbrauch des festen Kältemittels kontinuierlich dem Kältemittelspeicher derart zugeführt werden, dass die Menge an festen Kältemittel in dem Kältemittelspeicher im Wesentlichen konstant ist (bzw. bleibt). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen tritt in einem mit Kältemittel befüllten Kältemittelspeicher im Wesentlichen keine Zweiphasenströmung von festen Kältemittel und gasförmigen Kältemittel auf.

Claims

Vorrichtung (100) zum Kühlen eines Mediums, aufweisend: · eine oder mehrere Strömungskanaleinrichtungen (102), die derart eingerichtet sind, dass das zu kühlende Medium von einem Mediumseinlass (104) zum Zuführen des Mediums zu einem Mediumsauslass (106) zum Abführen des gekühlten Mediums strömen kann; • einen Kältemittelspeicher (108), wobei zumindest ein Teil einer jeden der ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen (102) durch den Kältemittelspeicher (108) hindurchführt, wobei der Kältemittelspeicher (108) eingerichtet ist, ein festes Kältemittel (114) derart zu speichern, dass eine Wärmeübertragung von durch die ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen (102) strömenden Medium zu dem festen Kältemittel (114) stattfindet; und · eine Gasdurchlasseinrichtung (110), die mit dem Kältemittelspeicher (108) gekoppelt ist und die derart eingerichtet ist, dass sublimiertes Kältemittel (120) aus dem Kältemittelspeicher (108) in eine Umgebung der Vorrichtung (100) austreten kann.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Gasdurchlasseinrichtung (110) eine Membran und/oder ein Gitter aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Kältemittelspeicher (108) zumindest einen Teil einer jeden der ein oder mehreren Strömungskanaleinrichtungen (102) vollständig umgibt.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kältemittelspeicher (108) derart eingerichtet ist, dass in einem mit festem Kältemittel (114) befüllten Kältemittelspeicher (108) im Wesentlichen keine Zweiphasenströmung von festen Kältemittel und gasförmigen Kältemittel auftritt.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorrichtung (100) eine Höhe von ungefähr 20 cm oder weniger und eine Breite von ungefähr 5 cm oder weniger aufweist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend: mindestens einen Kältemitteleinlass (112) zum Zuführen von festem Kältemittel (114) in den Kältemittelspeicher (108) .
System, aufweisend: eine oder mehrere Vorrichtungen (100) gemäß Anspruch 6; eine Verdichtungseinrichtung (302), die eingerichtet ist, das durch die Gasdurchlasseinrichtung (110) einer jeweiligen Vorrichtung (100) der ein oder mehreren Vorrichtungen (100) ausgetretene sublimierte Kältemittel (120) anzusaugen und das angesaugte sublimierte Kältemittel zu verdichten; eine Verflüssigungseinrichtung (306), die eingerichtet ist, das verdichtete Kältemittel von der Verdichtungseinrichtung (302) zu empfangen und zu verflüssigen; und eine Expansionseinrichtung (308), die eingerichtet ist, das verflüssigte Kältemittel von der Verflüssigungseinrichtung (304) zu empfangen und mittels einer Expansion des empfangenen Kältemittels eine Feststoff-Gas-Strömung des Kältemittels an den Kältemitteleinlass (112) des jeweiligen Kältemittelspeichers (108) jeder Vorrichtung (100) der ein oder mehreren Vorrichtungen (100) bereitzustellen.
System gemäß Anspruch 7, ferner aufweisend: eine Haupt-Sublimationseinrichtung (312), die eingerichtet ist, das von dem jeweiligen Mediumsauslass (106) jeder Vorrichtung (100) der ein oder mehreren Vorrichtungen (100) abgeführte gekühlte Medium (124) zu empfangen und das empfangene Medium zusätzlich zu kühlen; wobei die Expansionseinrichtung (308) ferner eingerichtet ist, die Feststoff-Gas-Strömung des Kältemittels an die Haupt-Sublimationseinrichtung (312) bereitzustellen.
System gemäß Anspruch 8, wobei die Haupt-Sublimationseinrichtung (312) ferner eingerichtet ist, zumindest einen Teil des von der Expansionseinrichtung (308) empfangenen Kältemittels an den jeweiligen Kältemitteleinlass (112) jeder Vorrichtung (100) der ein oder mehreren Vorrichtungen (100) bereitzustellen.
System gemäß einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei die Expansionseinrichtung (308) ein Ventil, eine Düse und/oder ein Kapillarrohr aufweist.
System gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, ferner aufweisend: eine Gassammeleinrichtung, die eingerichtet ist, das durch die jeweilige Gasdurchlasseinrichtung (110) jeder der ein oder mehreren Vorrichtungen (100) ausgetretene sublimierte Kältemittel (120) aufzunehmen, wobei die Gassammeleinrichtung derart mit der Verdichtungseinrichtung (302) gekoppelt ist, dass die Verdichtungseinrichtung (302) das sublimierte Kältemittel (120) aus der Gassammeleinrichtung ansaugen kann.
Verfahren (500) zum Kühlen eines Mediums unter Verwendung eines festen Kältemittels, aufweisend: · Zuführen des zu kühlenden Mediums in einen oder mehrere Strömungskanäle, von welchen zumindest jeweils ein Teil durch einen Kältemittelspeicher, der das feste Kältemittel aufweist, hindurchführt, derart, dass eine Wärmeübertragung von dem durch die ein oder mehreren Strömungskanäle strömenden Medium zu dem festen Kältemittel stattfindet (502); • Abführen des gekühlten Mediums aus den ein oder mehreren Strömungskanälen (504).
Verfahren (500) gemäß Anspruch 12, ferner aufweisend: Zuführen von festem Kältemittel in den Kältemittelspeicher.
Verfahren (500) gemäß Anspruch 13, wobei das Kältemittel dem Kältemittelspeicher als Kältemittel-Schnee und/oder mittels einer Feststoff-Gas-Strömung des Kältemittels zugeführt wird, wobei das Kältemittel vorzugsweise Trockeneis ist.
Verfahren (500) gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei das Zuführen von festem Kältemittel in den Kältemittelspeicher aufweist: kontinuierliches Zuführen von festem Kältemittel in den Kältemittelspeicher entsprechend zu einem Verbrauch des festen Kältemittels derart, dass die Menge an festen Kältemittel in dem Kältemittelspeicher im Wesentlichen konstant ist.