DE1501079A1 - Kuehlverfahren und Einrichtung zu dessen Durchfuehrung - Google Patents

Kuehlverfahren und Einrichtung zu dessen Durchfuehrung

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DE1501079A1
DE1501079A1 DE19661501079 DE1501079A DE1501079A1 DE 1501079 A1 DE1501079 A1 DE 1501079A1 DE 19661501079 DE19661501079 DE 19661501079 DE 1501079 A DE1501079 A DE 1501079A DE 1501079 A1 DE1501079 A1 DE 1501079A1
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Harper George F
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JOSEPH KAYE AND CO Inc
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Description

PA TEN ΓΑ N WAL T£
rf /a.
Corner
ng. ^^ctcnara ^ynuuer-\-/jorner
9h,,. S&n^einricA QSe1, 1501079
PATENTANWALT DIPL.-ING. RICHARD MÜLLER-BÖRNER PATENTANWALT DIPL.-ING. HANS-HEINRICH WEY BERLIN-DAHLEM · PODBIELSKIALLEE 68 MÖNCHEN 22 · WIDENMAYERSTRASSE 49 TELEFON: 76 29 07 · TELEGRAMME: PROPINDUS TELEFON : 22 55 85 · TELEGRAMME: PROPINDUS
17 543 Berlin, den 21. September 1966
Joseph Kaye & Company, Ine«, Cambridge, Massachusetts (USA)
Kühlverfahren und Einrichtung zu dessen Durchführung
Die Erfindung betrifft ein Kühlverfahren und eine Einrichtung zu dessen Durchführung·,
Kühleinrichtungen benötigen gewöhnlich einen Dampfverdichter, um den vom Verdampfer kommenden Dampf, der eine höhere Temperatur als das Kühlgut oder die zu kühlende Umgebung hat, zu kondensieren* Dampfverdichter erfordern im allgemeinen ver— hältnismässig hohe Kosten, grosse Abmessungen und haben einen hohen Betriebsgeräuschpegelo Es soll nun eine verbesserte Kältemaschine und ein Verfahren geschaffen werden, das es ermöglicht, den Dampfverdichter der konventionellen Kühleinrichtungen durch die Anwendung eines neuen Mehrphasenejektorsystems, das die Vorzüge der Einfachkeit, geringen G-rösse, Betriebssicherheit und einer Mindestanzahl von beweglichen Teilen in sich vereinigt, ganz oder teilweise zu ersetzen.
In derartigen Dampfkompressionseinrichtungen wird der durch die Verdampfung -von flüssigkeit bei einer gewünschten Temperatur
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und einem gewünschten Druck erzeugte Dampf auf einen höheren Druck verdichtet, so dass die mit der !Temperatur des Verdampfung s vor gangs in das System eingeführte' Wärme vollem System mit höherer Temperatur abgeführt werden kann,, In diesen Systemen wird der Dampf im allgemeinen durch die obenerwähnten mechanischen Dampfkompressoren oder dampf- bzWo flüssigkeitsbetriebene Ejektoren verdichtet» Der neue Mehrphasenejektor zum Verdichten von Dampf leidet nicht an den betriebsmäsaigen Beschränkungen dieser älteren mechanischen Dampfkompressoren, wobei er ausserdem leistungsfähiger als dampf- bzw. flüssigkeitsbetriebene Ejektoren ist»
Ein Ejektor (manchmal Injektor, Strahlpumpe oder Strahlkompressor genannt) ist eine Vorrichtung, in der zwei Strömungsmittelströme in innigem Kontakt miteinander mit verhältnismässig hoher Geschwindigkeit fliessen, so dass der Antriebsstrom eine Triebkraft auf den angetriebenen Strom überträgt und dadurch den Staudruck des angetriebenen Stroms erhöht» Die beiden Strömungsmittelströme v/erden in getrennten Düsen auf annähernd denselben Druck beschleunigt, bevor sie in einem Mischbereich zusammengeführt werden, worauf die Geschwindigkeit des gemischten Stroms in einem Diffusor erniedrigt wird» Die Hauptursachen der Unwirksamkeit solcher EjektGrren sind die Triebkraftübertragung durch grosse Geschwindigkeitsunterschiede und die Wärmeableitung durch grosse Temperaturunterschiede, die zwischen dem Tmfestrom und dem angetriebenen Strom bestehen» In Dampfkompressionssystemen, wie Kühlsystemen
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u.dgl., besteht der angetriebene Strom aus Dampf oder einem hochwertigen Zweiphasengemisch verhältnismässig niedriger Temperatur» Wenn der Treibstrom Dampf oder ein hochwertiges Zweiphasengemisch mit annähernd demselben spezifischen Volumen wie der angetriebene Strom ist, muss bei Eintritt der beiden Ströme in den Mischbereich eine grosse Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den beiden Strömen bestehen, damit der Antriebastrom genügend Triebkraft auf den angetriebenen Strom übertragen kann» Wenn der Treibstrom eine aus dem Kondensatlonsprozeaa des Kreislaufs anfallende Flüssigkeit ist, ist ein· grosser Temperaturunterschied zwischen dem Treibstrom und dem angetriebenen Strom vorhanden, aus dem sich ein unzulänglicher Wärmeübergang zwischen den beiden Strömen ergibt·
Der Mehrphaaenejektor verwendet jedoch als Treibstrom^ein geringwertiges Zweiphasenströmungsmittel aus Flüssigkeit und Dampf· Bevor er in die Düse eintritt und beschleunigt wird, kann der Treibstrom eine verdichtete Flüssigkeit, eine gesättigte flüssigkeit oder ein geringwertiges Zweiphasenströmungemittel aus Flüssigkeit und Dampf sein· Wenn es sich bei dem Treibstrom um ein Zweiphasenströmungsmittel unter Staubedingungen handelt, kann die Treibatromdüse entweder eine einfache konvergierende Düse oder aber eine konvergent-divergente Düse, d.h· eine Lavaldüse, sein, je naoh den Arbeite·-· bedingungen des Kreislaufs» Wenn aber der Treibstrom eine Flüssigkeit unter Staubedingungen ist, dann sollte die Triib—
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atromdüse, gemäss den gemachten Feststellungen, eine Laval-·
düse sein, um den Treibetrom auf Überschallgeschwindigkeit zu beschleunigen, wobei daa Quadrat der örtlichen Durchschnittsgeschwindigkeit grosser ist als die Differentialdruck·* änderung mit der Dichte bei «iner Expansion bei gleicher Entropie, doho bei adiabatischer Expansion
Im folgenden wird der Ausdruck "Flüssigkeitsatrom" oder "Kühlflüssigkeitsstrom" verwendet, um den Strom eines Mediums zu bezeichnen, das eine reine Flüssigkeit oder ein geringwertig gea Zweiphasenmedium aus Flüssigkeit und Dampf sein kann, welches nach der Masse grösstenteils aus Flüssigkeit besteht, und der Ausdruck "Dampfstrom" oder "Dampfkühlmitteistrom" wird für den Strom eines Mediums verwendet, das reiner Dampf oder ein hochwertiges Zweiphasenmedium aus Flüssigkeit und Dampf sein kann, bei dem der Dampfanteil hinsichtlich der Masse überwiegt.
Wenn ein Mehrphasenejektor in einem Dampfkompressionssystem, wie beispielsweise einer Kältemaschine, als Dampfverdichter verwendet wird, erhält man den Trlsibstrom aus dem Ejektoraustrittsstromo Der Trfeibstrom muss einen höheren Staudruck und eine grössere Dichte als der Ejektoraustrittsstrom aufweiseno Da es sich bei dem Ejektoraustrittsstrom im allgemeinen um ein Zweiphasenmedium aus Flüssigkeit und Dampf handelt, gibt es mehrere Verfahren, um daraus einen Strom mit höherem
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Druck und grösserer Dichte zu erzeugen» Der Ejektoraustrittsstrom kann kondensiert werden, um einen reinen Flüssigkeitsstrom zu bilden, von dem ein Teil oder die Gesamtmenge von einer Flüssigkeitspumpe auf einen höheren Druck gebracht wird, oder er kann getrennt werden, um einen Flüssigkeitsstrom und einen Dampfstrom zu bilden, wobei der gesamte Flüssigkeitsstrom oder ein Teil davon von einer Flüssigkeitspumpe auf einen höheren Druck gebracht wird9· oder er kann getrennt werden, um einen Flüssigkeitsstrom und einen Dampfstrom zu bilden, wobei der gesamte Dampfstrom oder ein Teil davon in einem Dampfkompressor auf einen höheren Druck verdichtet und anschliessend kondensiert wird, um einen Flüssigkeitsstrom zu bilden. Alle diese Verfahren machen es erforderlich, dem System Energie in Form von Arbeit zuzuführen und ergeben einen Flüssigkeitsstrom mit einem Staudruck, der höher als der des Ejektoraustrittsstroms ist« Für einige Verwendungszwecke kann es erwünscht sein, dem System zusätzliche Energie in Form von Wärme zuzuführen, indem die Temperatur des FlüssigkeitsStroms auf einen Wert ©rhöht wird, der über dem der Temperatur des EJektoraustrittsstroms liegt, und den Strom mit der höheren Temperatur gegebenenfalls teilweise zu verdampfen, um einen geringwertigen Zweiphasenantriebsstrom zu bilden,. Im letzteren Fall sollte der teilweise verdampfte Strom qualitätsmässig so beschaffen sein, dass er an Masse nicht mehr als etwa 50 $ Damof enthält·
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In einem Ejektor treten der TreibstxOm und der angetriebene Strom mit annähernd dem gleichen Druck in den Mischabschnitt ein. In einem llehrphasenejektor tritt der Treitstrom als geringwertiges ^weiphasenmedium und der angetriebene Strom als Sattdampf oder als hochwertiges Zweiphasenmedium in den Mischabschnitt.» Wenn also in beiden Strömen derselbe Stoff verwendet wird, dann treten diese Ströme mit annähernd der gleichen Temperatur in den Mischabschnitt und jeder Wärmeübergang zwischen den Strömen oder zwischen der flüssigen und dar Dampfphase jedes Stroms erfolgt durch kleine Temperaturunterschiede, wobei dieser Prozess thermodynamisch wirksamer als ein Wärmeübergang durch grosse Temperaturunterschiede ist»
Da der Treibstrom eine grossere Dichte als der Ejektoraustrittsatrom besitzt, hat er eine grössere Dichte oder ein geringeres spezifisches Volumen als der angetriebene Strom» Die Enthalpieänderung für eine Differentialdruckänderung während einer isentropischen Expansion ist dem spezifischen Volumen des Mediums proportional und die Geschwindigkeit eines von dem Ruhezustand ausgehenden und eine isentropische Expansion durchmachenden Stroms ist der Quadratwurzel der Enthalpieänderung, die dieser Strom erfährt, proportional» Pur PaIIe5 in denen der Trsibstrom aus einem hohen Staudruck heraus beschleunigt wird und ein geringeres spezifisches Volumen als der angetriebene Strom besitzt, ist es möglich, einen Mehrphasenejektor zu konstruieren, bei dem der Trtibatrom und der
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angetriebene Strom mit annähernd der gleichen Geschwindigkeit in den Mischabschnitt treten. Die Triebkraftübertragung zwischen den Strömen oder zwischen der flüs-sigen und der Dampfphase jedes Stroms erfolgt somit durch geringe Geschwindigkeitsunterschiede· Dieser Prozess ist folglich leistungsfähiger als eine Triebkraftübertragung durch grosse Geschwindigkeitsunterschiede·
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demzufolge darin, elin neues und verbessertes Kühlverfahren und eine Kühleinrichtung zu schaffen, das leistungsfähiger als gewöhnliche Verfahren ist, weil die aus dem Wärmeübergang und aus df.r Triebkraft üb ertragung sich ergebenden Unzulänglichkeiten auf ein Minimum reduziert sinde
Diese Aufgabe wird durch folgende Yerfahrensschritte gelöst: Zuführung eines flüssigen Hochdruck-Kühlmittelstroms zu einem ersten Einlass,
Zuführung eines dampfförmigen Niederdruck-KühJmittelstroms zu
einem zweiten Einlass,
Erhöhung der Geschwindigkeit des dampfförmigen iiD-Kühlmittelstroms,
Erhöhung der Geschwindigkeit des flüssigen HD—Kühlmittelatroms und Erzeugung eines Dampf-Flüssigkeits-Überschall-Zweiphasen-Kühlmittelstroms,
Mischung des Dampf-Flüssigkeits-Zweiphasen-Kühlmittelstroms mit dem dampfförmigen Kühlmittel st rom erhöhter Geschwindigkeit zur Urzeugung eines gemeinsamen Kühlmittelstroms,
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Herabsetzung der Geschwindigkeit des gemeinsamen Kühlmittelstroms auf eine Geschwindigkeit, bei der Temperatur und Druck grosser sind als Temperatur und Druck des dampfförmigen Kühlmittelstroms vor seiner Geschwindigkeitserhöhung, Teilung des gemeinsamen Kühlmittelstroms im wesentlichen in einen Flüssigkeits- und einen Dampfstrom, Erhöhung des Druckes des Dampfstroms zur Bildung dea flüssigen HD-Kühlmittelstroms,
Zuführung des flüssigen HD-KühlmittelStroms zu dem ersten Einlass, '
Entapannung des Flüssigkeitsstroms auf geringere Temperatur und geringeren Druck und
Einbringung des entspannten Teils in eine Wärmequelle zur Wärmeaufnahme und zur Bildung des dampfförmigen ND-Kühlmittelstroms sowie dessen Zuführung zum zweiten Einlass«
Da der Mehrphasenejektor leistungsfähiger als gewöhnliche Ejektoren ist, sind auch Kühleinrichtungen, die einen derartigen Mehrphasenejektor als Dampfverdichter verwenden, leistungsfähiger als Kühlanlagen mit gewöhnlichen Ejektoren·
Es wird also eine neue und verbesserte Einrichtung und ein Verfahren zum Verdichten von Kühldampf und anderem Dampf geschaffen·
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrie-
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ben» deren einzige Figur einen achematiachen Längaachnitt durch einen Mehrphaaenejektor und ein Blockachaltbild einer bevorzugten Ausführungaform einer Mehiphaaenejektor-Kühlanordnung iat·
In der Zeichnung iat mit 100 ein Mehrphasenejektor einer bevorzugten Auaführungaform bezeichnet, der einen Einlaaa 103 für einen Hochdruckflüsaigkeitaatrom aufweiat· Der Einlasa steht mit einer ersten Düse 104 in Verbindung, die in eine Miachkammer 112 mündet, deren Strömungaaohae mit der Länga« achae der Düse 104 im weaentlichen fluchtet· Der Strtimungsquerachnitt der Düae 104 weiat einen konvergierenden Abschnitt
105 und einen divergierenden Abachnitt 109 auf, zwiachen denen ihr engater Querachnitt 113 liegt» der in bezug auf den Aus« gangaquerschnitt und andere Abmessungen bei 108 klein genug ist, um die Erzeugung einea aua Flüssigkeit und Dampf bestehen·- den Zweiphasenüberschallatroma zu ermöglichen, wie es weiter oben beschrieben worden ist» Pur einen Niederdruckdampfatrom iat ein zweiter Einlaaa 102 vorgesehen, der über eine Kananer
106 mit einer zweiten Düse 107 in Verbindung steht, die im wesentlichen konzentrisch mit der ersten ^üae 104 angeordnet istj um bei 111 einen Dampfkühlstrom mit hoher Geschwindigkeit in die Eintrittsöffnung der Mischkammer 112 strömen zu lassen, so dass dieser mit dem bei 108 aus der ersten Düse 104 austretenden Zweiphasenstrom ein inniges Gemisch bildet» Der resultierende Mischstrom strömt durch den Mischabachnitt und
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einen Abschnitt 114 von im wesentlichen konstanten Strömungsquerschnitt weiter in eine sich erweiternde Kammer 116, deren Aufgabe es ist, die Geschwindigkeit des Mischstroms bei 110 auf eine Geschwindigkeit herabzusetzen, bei der die Temperatur und der Druck des Mischstroms höher als die Temperatur und der Druck des Dampfkühlstroms vor seinem Durchtritt durch die zweite Düse 107 sind· Die sich erweiternde Kammer 116 hat einen Auslass 101, von dem der Ejektoraustrittsstrom abgezogen wird· Der Ejektoraustrittsstrom steht unter einem höheren Druck und hat eine höhere Temperatur als der bei 102 eingeführte Dampfstrom·
Wenn der bei 103 einströmende Flüssigkeitsstrom im wesentlichen aus reiner Flüssigkeit besteht, muss die Düse 104, wie dargestellt, als Lavaldüse ausgebildet sein» Wenn dagegen der bei 103 einströmende Flüssigkeitsstrom ein Zweiphasengemischstrom aus Flüssigkeit und Dampf ist, kann die Düse 104 entweder als lavaldüse oder aber als einfache Düse mit konvergierendem Querschnitt ausgebildet sein·
Als Düse 104 kann und wird vorzugsweise, wie dargestellt, eine einzelne Düse verwendet, doch können auch, falls erwünscht, mehrere Düsen in einer oder mehreren Mehrphasenejektor-Einlassleitungen verwendet werden oder es können mehrere Düsen in einer beliebigen Anordnung vorgesehen werden, die die schnelle und wirksame Einführung eines Flüssigkeitsstroms und eines
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Dampfstroms aus der leitung 103 bzwo 102 in die Einlassöffnung der Mischkammer 112 ermöglichte Bei der dargestellten Aus führung s form wird der Flüssigkeitsstrom durch die mittlere Düse 104 und der Dampfstrom durch die konzentrische Ringdüse 1Ö7 eingelassen. Es ist auch möglich, den Dampfstrom durch eine zentrale Düse und den Flüssigkeitsstrom durch eine konzentrische Hingdüse einzuführen·
In der dargestellten Ausführungsform weist die Mischkammer des MehrphaseneRektors 100 einen nach innen sich verjüngenden Abschnitt auf, der mit dem kurzen Abschnitt gleichbleibenden Strönrungsdurchmessers verbunden ist» In dem Mehrphasenejektor können aber auch Mischabschnitte von einer anderen als der dargestellten Formgebung verwendet werden·
Der bei 101 abgezogene Ejektorausgangsstrom ist vorzugsweise ein Zweiphasenmedium aus Flüssigkeit und Dampf· Er kann aber auch aus einer vollständig kondensierten Flüssigkeit bestehen, die nur geringe Spuren nicht kondensierbarer (rase enthält· Die letztere Beschaffenheit ist besonders vorteilhaft bei der Wärmeableitung von Raumfahrzeugen, wo das Fehlen eines Schwerefeldes die Notwendigkeit eines anderen als des konventionellen Kondensationsprozesses mit sich bringt, der zum Abziehen des Kondensate, sron den Kondensatoroberflächen auf das Vorhandensein eines Schwerefeldes angewiesen ist·
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Das in der Zeichnung dargestellte Mehrphasenejektorkühlaystem ist mit einem Mehrphasenejektqr 100 des beschriebenen Typs ausgestattet» Der aus Flüssigkeit und Dampf bestehende Zweiphasenstrom am Ausgang 101 des Mehrphasenejektors 100 wird durch eine Leitung 20 abgeführt und einem'Abscheider 30 zugeführt^ in dem er in einen flüssigen Teil und einen Dampfteil getrennt wird· Der flüssige Teil wird aus dem Abscheider 30 durch eine Leitung 26 abgezogen und einem Joule-Thomson-Ventil oder einer ähnlichen Vorrichtung 28 zugeführt, wodurch die Entspannung des Stroms auf einen niedrigeren Druck bewirkt wird» Von dem Ventil 28 gelangt der Strom durch eine Leitung 30f in einen Verdampfer 18, in dem die Flüssigkeit verdampft, wodurch der zu kühlenden Umgebung Wärme entzogen wird· Der aus dem Verdampfer 18 durch Leitungen 16 und 35 abgezogene Dampf wird direkt dem Dampfeinlass 102 des Mehrphasenejektors 100 zugeführt·
Der Dampfteil wird aus dem Abscheider 30 durch eine Leitung 321 abgezogen und einem Dampfkompressor 31 zugeführt, der den Druck des Dampfstroms erhöht, wodurch dem System Energie in Form von Arbeit zugeführt wird· Der resultierende Hochdruckdampf wird durch eine Leitung 33f einem Wärmeaustauscher 22 zugeführt, um den überhitzten Dampf zu kühlen und zu kondensieren und so bei 24 eine Hochdruckflüssigkeit zu erzeugen·
Die bei 24 anfallende Hochdruckflüssigkeit kann entweder durch
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Leitungen 23 und 12 unmittelbar dem Flüssigkeitseinlass 103 des Mehrphasenejektors 100 oder durch eine Leitung 13 einer
Pumpe 14 zugeführt werden, die den Druck der Flüssigkeit weiter erhöhte
Die bei 15 aus der Pumpe anfallende Hoehdruckflässigkeit kann dem Flüssigkeitseinlass 103 des Mehrphasenejektors 100 entweder unmittelbar durch Leitungen 17 und 12 oder aber über eine Leitung 19> eine Heizvorrichtung 34, in der die Temperatur des Stroms erhöht und das System somit eine Energiezufuhr in Form von Wärme erhält, eine Leitung 21 und die Leitung 12 zugeführt werden»
Das System kann den gesamten für seinen Betrieb erforderlichen Energiebedarf in Form von Arbeit von dem Dampfkompressor 31 erhalten, wie es in konventionellen Dampfkompressionskühl— systemen üblich ist* Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Arbeitsweise jedoch vorteilhafterv/eise so, dass ein Strom einer gesättigten Flüssigkeit auf einen niedrigeren Druck und eine niedrigere Temperatur entspannt, um von einer Umgebung Wärme zu absorbieren, worauf der so erzeugte Dampf unter einem Druck in den Dampfkompressor eingeführt wird, der höher als der Sättigungsdruck ist, der der Temperatur entspricht, bei der die Wärme absorbiert wurde» Insbesondere in der Aui.-führungsforn? in der das dem Flüssigkeitseinlass 103 d s Mehrphasene j ekt or s 100 zugeführte Medium vorher durch die Leitung 23 geführt wird, tritt die den Wärmeaustauscher 22
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verlassende Flüssigkeit in die Düse 104 des Mehrphasenejektors ein, in der ihre Geschwindigkeit erhöht und so bei 108 ein aus Flüssigkeit und Dampf bestehender Zweiphasen-Überschallstrom erzeugt wird» Der in dem Verdampfer 18 erzeugte Dampf tritt in die zweite Düse 107, in der seine Geschwindigkeit erhöht wird» und in der Mischkammer 112 werden die beiden Ströme in innige Berührung miteinander gebracht» Die Geschwindigkeit des vereinigten Stioms wird in dem Abschnitt 116 herabgesetzt, um an dem Ejektoraustritt 110 einen Zweiphasenstrom zu erhalten, der einen höheren Druck aufweist als der Dampf, der den Verdampfer durch die Leitung 16 verlassen hat und bei 102 in den Ejektor eingetreten isto Dieser Zweiphasenstrom tritt dann in den Abscheider 30, aus dem die Flüssigkeit durch die Leitung 26 abgezogen wird und aus dem auch der Dampf abgezogen und in den Dampfkompressor 31 eingeführt wird j um auf einen höheren Druck und eine höhere Temperatur verdichtet und dann durch die Leitung 33' zu dem Wärme— austauscher 22 zurückgeführt zu werden<> Der in den Dampfkompressor 31 eingeführte Dampf steht unter einem höheren Druck als der in dem Verdampfer 18 erzeugte Dampf. Die durch die Leitung 26 abgezogene Flüssigkeit tritt in das Joule-Thomson-Ventil 28, wird auf einen niedrigeren Druck und eine niedrigere Temperatur entspannt, und tritt durch eine Leitung 30* in den Verdampfer 18, in dem sie von der Umgebung Wärme absorbiert und verdampft, um in der Leitung 16 als Dampf zu erscheineno Im typischen Kühlsystem würde die den Wärmeaustauscher
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22 verlassende Flüssigkeit unmittelbar durch das Joule-Thomson*- Ventil 28 in den Verdampfer 18 geleitet werden, und der in dem Verdampfer erzeugte und duroh die Leitung 16 abgezogene Dampf würde unmittelbar in einen Dampfkompressor geleitet, in diesem auf einen höheren Druck und eine höhere Temperatur verdichtet und wieder in den Wärmeaustauscher 22 eingeführt werden·
Der Druck des Dampfes in der Leitung 16 ist niedriger als der von dem Mehrphasenejektor bei 110 erzeugte Druck» Deshalb erhält der Dampfkompressor 31 in dieser Ausführungsform, die den Mehrphasenejektor verwendet, den Dampf unter einem höheren Druck als der Dampfkompressor eines konventionellen Kühlsystems, das im Verdampfer 18 mit derselben Temperatur arbeitet· Somit ist weniger Arbeit erforderlich, um diesen Dampf in dem Wärmeaustauscher 22 auf den gleichen Druck zu verdichten·
In der dargestellten Ausführungsform kann die Einganjpleistung für den Betrieb des Systems in Form zusätzlicher Arbeitsleistung durch die Punne 14 zugeführt werden, in welchem Fall die Hochdruckflüssigkeit bei 24 durch die Leitung 13 der Pumpe 14 zugeführt und von dort durch die Leitungen 15, 17 und 12 an den Flüssigkeiteeinlass 103 des Mehrphaeenejektors 100 gefördert wird·
Nach einer weiteren Arbeitsweise des Systems kann zusätzliche Betriebsenerjie in Form von Wärme zugeführt werden, in welchem
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K-D ORiGIMAL
Pall die die Pumpe 14 durch die leitung 15 verlassende Hochdruckflüssigkeit durch die Leitung 19 der Heizvorrichtung 34 und von dort durch die Leitungen 21 Und 12 dem Flüssigkeitseinlass 103 des Mehrphasenejektors 100 zugeführt wird·
In dem beschriebenen Kühlsystem kann als Kühlmedium jedes
kondensierbare Kühlmedium mit einem niedrigen Siedepunkt und grosser Wärmekapazität, wie beispielsweise Kohlendioxid,
Schwefeldioxid, Wasser, Ammoniak, Kohlenwasserstoffe oder
Holokohlenwasserstoffe, wie mono- und polychlor- und fluorsubstituierte Alkane mit niedrigem Molekulargewicht, beispielsweise Dichlordifluormethan und Trichlormonofluormethan und
dergleichen»
Die vorstehend beschriebenen Kühlsysteme verwenden einen einstufigen Mehrphasenejektor, doch, wie bereits erwähnt, können diese Systeme auch, falls erwünscht, mehrere in Reihe oder
parallel geschaltete HehrphaseneRektoren verwenden, um den aus dem Verdampfer 18 kommenden Kühldampf zu verdichten·
Selbstverständlich sind in Rahmen der Erfindung auch weitere für den Fachmann sich ergebende Abänderungen möglich·
Patentansprüche>
JB/Hf 909844/0568 BAD

Claims (1)

PA TEN TA N WAL TE Corner- ß>iPfrj7ng. J^anS-SPeinricA Qfiy 1501079 PATENTANWALT DIPL.-ING. RICHARD MÜLLER-BÖRNE« PATENTANWALT DIPL.-ING. HANS-HEINRICH WEY BERLIN-DAHLEM ■ PODBIELSKIALLEE 68 MÜNCHEN 22 ■ WIDENMAVERSTRASSE 49 TELEFON: 76 29 07 · TELEGRAMME; PROPINDUS ^ TELEFON : 22 SS 85 · TELEGRAMME: PROPINDUS ff 543 Berlin, den 21» September I966 Joseph Kaye & Company, Cambridge, Massachusetts (USA) Patentansprüche ;
1. Kühlverfahren, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Zuführung eines flüssigen Hochdruck-Kühlmittelstroms zu einem ersten Einlass (103),
Zuführung eines dampfförmigen Hiederdruck-Kühlmittelstroms zu einem zweiten Einlass (102),
Erhöhung der Geschwindigkeit des dampfförmigen ND-Kühlmittelstroms,
Erhöhung der Geschwindigkeit des flüssigen HD-Kühlmittelstroms und Erzeugung eines Dampf -"Flüssigkeit s-Üb erschall-Zweiphasen-Kühlmittelstroms,
Mischung des Dampf-Flüssigkeits-Zweiphasen-Kühlmittelstroms mit dem dampfförmigen Kühlmittelstrom erhöhter Geschwindigkeit zur Erzeugung eines gemeinsamen Kühlmittelstroms, Herabsetzung der Geschwindigkeit des gemeinsamen Kühl~ mittelstroms auf eine Geschwindigkeit, bei der Temperatur und Druck grosser sind als Temperatur und Druck des dampf*- förmigen Kühlmittelstroms vor seiner Geschwindigkeitserhöhung,
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Teilung des gemeinsamen Kühlmittelstroma im wesentlichen in einen Flüssigkeits- und einen Dampfstrom, Erhöhung des Druckes des DampfStroms zur Bildung des flüssigen HD-Kühlmittelstroma,
Zuführung des flüssigen HD-Kühlmittelstroms zu dem ersten Einlass (103),
Entspannung des Flüssigkeitsstroms auf geringere Temperatur und geringeren Druck und
Einbringung des entspannten Teils in eine Wärmequelle (18) zur Wärmeaufnahme und zur Bildung des dampfförmigen ND-Kühlmittelstroma sowie dessen Zuführung zum zweiten Einlass (102)·
2» Kühleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination von Einlassen (103, 102) für einen flüssigen Hochdruck-Kühlmittelstrom und einen dampfförmigen Kiederdruckkühlmittelatrom; Mitteln zur Erhöhung der Geschwindigkeit der beiden Ströme, sowie Mitteln zur Bildung eines aus Dampf und Flüssigkeit bestehenden Überschall-Zweiphasen-Kühlmittelstroms, Mitteln zum Mischen des aus Dampf und Flüssigkeit bestehenden Zweiphasen-Kühlmittelstroms mit dem auf eine höhere Geschwindigkeit gebrachten dampfförmigen Kühlmittelstrom, um einen·gemeinsamen Kühlmittelstrom zu bilden, Mitteln zur Herabsetzung der Geschwindigkeit des gemeinsamen Kühlmittelstroms auf einen Wert, bei dem seine Temperatur und sein Druck höher als die Temperatur und der Druck des dampfförmigen
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Kühlmittelstroms an den zweiten Einlass (102) ist, einem Abscheider (30), um den gemeinsamen Kühlmittelstrom in einen Flüssigkeits- und einen Dampfanteil zu trennen, Mitteln zur Erhöhung dee Drucks des Dampfanteils des gemeinsamen Kühlmittelstroms, um das flüssige HD-Kühlmittel zu bilden und zur Leitung derselben an den ersten Einlass (103) Mitteln zum Entspannen des Flüssigkeitsanteils des gemeinsamen Kühlmittelstroms auf eine niedrigere Temperatur und einen niedrigeren Druck; eine Wärmequelle zur Wärmeaufnahme in den entspannten Flüssigkeitsanteil und zur Erzeugung des dem zweiten Einlass (102) zugeleiteten DanpfkU-hlstroms·
3· Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Era «kerhöhung des Dampfanteils wenigstens ein Kompressor (31) Torgesehen let, der über wenigstens einen Wärmeaustauscher (22) an den ersten Einlass (103) angeschlossen ist.
4* Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Pumpe (14) zwischen den Wärmeaustauscher (22) und den ersten Einlass (103) geschaltet ist·
5· Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Wärmeaustauscher (22) und den ersten Einlass (103) eine Zusatzheizung (34) geschaltet ist»
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Ϊ0
6» Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass den Entspannungsmitteln (28) ein als Wärmequelle dienender Verdampfer (18) mit dem zweiten Einlass (102) nachgeschaltet ist»
7· Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch einen Ejektor (100), der ein längliches Rohr mit einem profilierten inneren Strömungsweg einschliesslich einer Mischkammer (112) mit einer Einlassöffnung aufweist, eine erste Düse (104) zur Erhöhung der Geschwindigkeit des durch den ersten Einlass (103) zugeführten unter verhältnismässig hohem Druck stehenden flüssigen Kühlmittelstroms und zur Erzeugung eines aus Flüssigkeit und Dampf bestehenden Zweiphasenüberschallstroms, die in die Einlassöffnung (108) des Ej"ektors (100) mündet und deren Strömungsaohse mit der Längsachse des EJektorströmungsweges fluchtet, eine mit der ersten Düse konzentrisch angeordnete zweite Düse (107), die dazu dient, einen Dampfkühlstrom mit hoher Geschwindigkeit in die Einlassöffnung (108) der Mischkammer (112) einzuführen und diesen Strom mit dem von der ersten Düse (104) gebildeten Zweiphasenstrom in innige Berührung zu bringen und dadurch die Ströme zu vereinigen, eine von der Mischkammer (112) des Ejektorrohrs wegführende sich erweiternde Kammer (116) und einen Plüssigkeits/Dampfabscheider (50), der der sich erweiternden Kammer (116) nachgeschaltet ist, um die aus dieser kommenden vereinigten Ströme aufzunehmen und sie in einen Flüssigkeits- und einen Dampfanteil zu trennen» 909844/056 8
8ο- Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Düse (104) einen konvergierend-divergierenden
inneren Strömungsweg (105» 109) aufweist, dessen konvergierender Abschnitt (105) stark genug zusammenläuft, um einen solchen kleinsten Strömungsquerschnitt (113) zu bilden, der eine Überschallströmung erzeugt·
9a Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das EjektDrrohr einen inneren Abschnitt (114) von im wesentlichen gleichbleibendem Querschnitt aufweist, der zwischen der Mischkammer (112) und der sich erweiternden Kammer (116) liegt«
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-22-Le e rseite
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