DE3431240A1

DE3431240A1 - Kaeltemaschine bzw. waermepumpe sowie strahlpumpe hierfuer

Info

Publication number: DE3431240A1
Application number: DE19843431240
Authority: DE
Inventors: Michael 4150 Krefeld Laumen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-08-24
Filing date: 1984-08-24
Publication date: 1986-03-06
Also published as: EP0190319B1; DE3570915D1; WO1986001582A1; EP0190319A1; JPS62500045A; US4748826A

Description

Kältemaschine bzw. Wärmepumpe sowie Strahlpumpe hierfür

Die Erfindung betrifft eine Kältemaschine, bzw. Wärmepumpe, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine insbesondere zur Verwendung hierbei besonders geeignete Strahlpumpe.

Derartige Kältemaschinen, bei denen unter Verzicht auf einen Kompressor die Verdichtung in einer Strahlpumpe erfolgt, sind in der Literatur vielfach beschrieben. Ein Beispiel hierfür im Zusammenhang mit einer Kühlanlage in der chemischen Verfahrenstechnik ist etwa in der Zeitschrift "Wärmepumpen" 1978, 161, 168 erläutert, von dem die Erfindung ausgeht.

Dabei wird Niederdruck-Wasserdampf aus einem Verdampfungskondensator als Treibdampf für eine Strahlpumpe in Form eines Dampfstrahl-Verdichters verwendet und saugt aus einem Rieselverdampfer Wasserdampf als Saugdampf an. Das Gemisch aus Treibdampf und Saugdampf wird sodann in einem Kondensator- kondensiert und einer Drosseleinrichtung in Form eines Standrohres zugeführt. Von dort erfolgt einerseits ein Zurückpumpen des zur Bildung des Treibdampfes vorgesehenen Anteils in den Verdampfungskondensator sowie andererseits eine Zurückführung des zur Bildung des Saugdampfes vorgesehenen Anteils über ei-

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nen Wärmetauscher, in dem dem Kondensat Wärme zugeführt wird, zum Verdampfer. Im Verdampfer erfolgt eine nur teilweise Verdampfung des Kondensats und eine Rückführung des nicht verdampften Anteils des Kondensats im Umlaufverfahren zum Kreislauf. Die Verdampfungsenergie wird im Verdampfer aus der erhöhten Temperatur des zugeführten Kondensats entnommen, so daß das nicht verdampfte Kondensat mit niedriger Temperatur den Verdampfer verläßt.

Bei dieser bekannten Kältemaschine ist ebenso wie bei anderen, mit Strahlpumpen arbeitenden Kältemaschinen nachteilig, daß der als separates Bauteil außerhalb der Strahlpumpe, jedoch unmittelbar benachbart angeordnete Verdampfer apparativ aufwendig ist und zum Teil sehr erheblichen Bauraum berötigt, so daß er die Kältemaschine nicht unerheblich verkompliziert und verteuert. Die Erzeugung des Dampfes außerhalb der Strahlpumpe erfordert überdies einen Transport des niedergespannten Dampfes geringer Dichte über entsprechend großvolumige Leitungselemente, die ebenfalls zur Verteuerung und zur Vergrößerung des benötigten Bauraumes beitragen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kältemaschine bzw. Wärmepumpe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung zu schaffen, bei der der für den Verdampfer benötigte Bauraum sowie apparative Aufwand erheblich vermindert sind.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Dadurch wird erreicht, daß der Verdampfer im einfachsten Falle durch eine Wand aus porösem Material wie Sintermetall gebildet ist, über deren Dicke hinweg sich bei der Ansaugung des Saugdampfes durch das Treibmittel ein ausgeprägter Druckabfall ergibt. Dabei wirkt die poröse Wand als Drosseleinrichtung. Die Saugleistung des Treibmittels ergibt an der stromab liegenden Seite der Wand

einen von der Drosselwirkung der Wand abhängigen Druck, der in jedem Fall bei der gegebenen Temperatur des Kondensats den Verdampfüngsdrück unterschreitet. Einer weiteren Absenkung dieses Drucks wirkt die Verdampfung des Kondensats entgegen, so daß sich ein dynamisches Gleichgewicht zwischen dem sich einstellenden Druck und der verdampften Menge an Kondensat ergibt, da eine weitere Druckabsenkung zu einer erhöhten Dampferzeugung führen würde. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß infolge des stetig über die Dicke der Wand verlaufenden Druckabfalls im Inneren des porösen Materials der Wand eine Verdampfung von Kondensat erfolgt, bei der die große innere Oberfläche des porösen Materials, vorzugsweise Sintermetall, als Verdampfungsoberfläche wirksam wird. Die für die Verdampfung erforderliche Wärmemenge wird entweder nicht verdampfendem Kondensat entnommen, das dann bei niedriger Temperatur abgeführt wird, oder aber einer Wärmequelle, die mit der Wand wärmeleitend in Verbindung steht und so Energie für die Verdampfung liefert, wobei die Verdampfung dann auch vollständig erfolgen kann. Infolge des Entzugs der Verdampfungswärme sinkt die Temperatur des porösen Materials der Wand, so daß sich zu einer Wärmequelle sowie zum anströmenden Kondensat eine vergrößerte, bei einer gegebenen Kältemaschine im wesentliehen der maximal möglichen entsprechende Temperaturdifferenz ergibt, was den Wärmeübergang der Verdampfungswärme von der Wärmequelle oder dem Kondensat auf das poröse Material begünstigt. Bei guter Wärmeleitfähigkeit des Materials der Wand, beispielsweise Metall, stellt sich so eine weitgehend gleichmäßige Temperatur über die Dicke der Wand und daher auch bei einer erst im Bereich der stromabliegenden Seite erfolgenden Verdampfung eine starke Temperaturabsenkung der vom Kondensat beaufschlagten stromauf liegenden Seite der Wand, sowie an jeglichen Flächen, durch die hindurch Wärme in die Wand eintritt.

Der an der stromab liegenden Seite der Wandanordnung erzeugte Dampf befindet sich sogleich im Saugraum der

Q _t

Strahlpumpe, so daß großvolumige Leitungen und Strömungsverluste weitgehend vermieden sind und eine kompakte Bauweise erzielt werden kann.

Eine Einstellung des sich bei gegebener Leistungsfähigkeit der Strahlpumpe ergebenden Massenstromes sowie der sich einstellenden Temperatur des erzeugten Dampfes kann über die Dimensionierung der Konsistenz und der Dicke der Wandanordnung, also Wahl ihrer Drosselwirkung, erfolgen. Dabei ergibt eine bestimmte Drosselwirkung den minimal möglichen erzielbaren Saugdruck und damit minimale Dampftemperatur. Eine weitere Erhöhung der Drosselwirkung von diesem optimalen Punkt aus würde lediglich zu einer Verminderung des Massenstromes führen, was in der Regel nicht erwünscht ist. Eine Verminderung der Drosselwirkung hingegen führt zu einer Erhöhung des Massenstromes bei Erhöhung der Temperatur des erzeugten Dampfes, was für manche Betriebszustände angestrebt werden kann.

Um eine Verdampfung im Inneren des porösen Materials der Wandanordnung bei großer Verdampfungsoberfläche sicherzustellen, müssen zumindest die stromauf liegenden Oberflächenschichten des porösen Materials der Wandanordnung für Kondensat durchlässig sein. Es ist jedoch nicht erforderlich, daß Kondensat die Wandanordnung vollständig durchdringen kann. Wenn stromab liegende Oberflächenschichten der Wandanordnung eine für Kondensat undurchlässige Konsistenz besitzen, so kann damit sichergestellt werden, daß ausschließlich gesättigter Dampf, der zur Kälteleistung beigetragen hat, in den Saugraum gelangt. Die Wandanordnung kann somit aus einer Mehrzahl von Schichten oder Lagen eines porösen Materials unterschiedlicher Konsistenz sowie gegebenenfalls auch aus einer Mehrzahl von im Abstand liegenden Einzelwänden bestehen, die über ihre Dicke sowie im Vergleich zueinander unterschiedliche Konsistenz besitzen können. Der Raum zwischen benachbarten Wänden eignet sich beispielsweise in besonderer Weise

■> zum Abzug von nicht verdampftem Kondensat bei Umlaufkühlung.

Zwar ist es aus der DE-AS 15 Ol 591 bereits bekannt, pog röses Material eines Wärmetauschers von einer Flüssigkeit durchströmen zu lassen, die dabei im Wärmetausch mit einer anderen Flüssigkeit steht, die in flüssigkeitsdicht abgeteilten Kammern im porösen Material geführt ist. Hierbei findet jedoch kein Phasenwechsel der das poröse Material durchströmenden Flüssigkeit statt, und die beim Durchströmen des porösen Materials auftretende Drosselwirkung ist an sich unerwünscht und zu minimieren. Weiterhin fehlt jeder Bezug zu einer Verwendung im Leistungsteil einer Kältemaschine, wofür ein derartiger bekannter Wär-

,c metauscher auch nicht verwendbar wäre. b

Weiterhin ist es aus der US-PS 43 52 392 zwar bereits bekannt, poröses Material in Form von Sintermetall mit einem flüssigen Medium zu beaufschlagen, das in das Material _on eindringt und dort verdampft. Das Sintermetall ist hier

jedoch eine oberflächenseitige Beschichtung einer zu kühlenden Fläche, die durch die Dampferzeugung wirksam gekühlt wird, wobei der Dampf an der Eintrittsseite der Flüssigkeit in das Sintermetall wieder austritt. Auch

_nc hier fehlt jeglicher Bezug zum Leistungsteil einer Kältete

maschine, wofür die bekannte Kühleinrichtung auch nicht einsetzbar wäre.

Die für die Verdampfung erforderliche Energie kann gemäß Anspruch 2 vorteilhaft über eine wärmeleitende Verbindung

zwischen der Wandanordnung und einer Wärmequelle erfolgen. Wenn die Wärmequelle gemäß Anspruch 3 ein die Strahlpumpe umgebendes Medium wie etwa Luft in einem abgeschlossenem Raum ist, so kann hierdurch diesem abgeschlossenen Raum unmittelbar Wärme entzogen werden. Eine solche Variante eignet sich daher besonders als integrierter Leistungs- und Verdampferteil für Kühlräume wie Kühlschränke oder Gefrierschranke, wobei die Wandanordnung ganz einfach im Innenraum des Kühlraums angeordnet wird. Eine

Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen dem umgebenden Medium und dem porösen Material ergibt sich gemäß Anspruch 4 durch ein Ummantelung der Wandanordnung mit Lamellen zur Vergrößerung der Wärmetauschflächen, wobei die Ummantelung gemäß Anspruch 5 besonders vorteilhaft als abgelängtes Strangpreßteil hergestellt werden kann. Auch bei dicht die Wandanordnung umschließender Ummantelung kann eine Einführung des Kondensats auch bei Absaugung des erzeugten Dampfes an der der Ummantelung gegenüberliegenden Seite des porösen Materials problemlos dadurch erfolgen, daß gemäß Anspruch 6 das Kondensat durch Ausbildung entsprechender Kanäle in der Ummantelung und/oder im porösen Material dem von der Ummantelung abgedeckten Bereich des porösen Materials zugeführt wird.

Anstelle einer wärmeleitenden Verbindung mit einer Wärmequelle oder zusätzlich hierzu, kann die Wärmequelle auch durch ein Wärmeträgermittel gebildet sein, das in einer metallischen Rohrschlange geführt ist und mit der Wandanordnung durch oberflächenseitige Anlage oder ganz oder teilweise erfolgende Einbettung in Berührung steht. Auch bei einer wärmeleitenden Verbindung mit einer Wärmequelle über eine eng anliegende Ummantelung könnte grundsätzlich eine solche Rohrschlange zur Nutzung der Wärme eines Wärmeträgermittels in das poröse Material der Wand eingebettet werden. Vorteilhaft ist jedoch eine solche Rohrschlange an der dem Austritt des Dampfes aus dem porösen Material gegenüberliegenden Oberfläche der Wandanordnung gegebenenfalls mit einigen Rohrwindungen auch im Abstand von dieser Oberfläche - in einer gegenüber der Umgebung abgeschlossenen Vorkammer angeordnet, in der auch das Kondensat vorliegt, so daß ein Wärmeübergang von der Rohrschlange auf das Kondensat vor dem Eintritt des Kondensats in die stromauf liegende Oberfläche der Wandanordnung erfolgen kann; auf diese Weise kann gegebenenfalls bereits eine Vorverdampfung erzielt werden und der Wandanordnung Kondensat in Form von Naßdampf zugeführt werden.

In besonders bevorzugter Weise kann die Rohrschlange gemäß Anspruch 8 bei Aufteilung der Wandanordnung in einer Mehrzahl einzelner Wände in einer entsprechenden Anzahl von Ebenen in den Zwischenräumen zwischen derartigen Wänden angeordnet werden und von dem Wärmeträgermittel in der Weise durchflossen werden, daß sich ein Wärmetausch zwischen dem flüssigen oder in der Verdampfung begriffenen Kondensat und dem Wärmeträgermittel im Gegenstrom ergibt. Eine solche Anordnung von Rohrschlangen im Spalt zwischen benachbarten Einzelwänden hat gegenüber einer grundsätzlich denkbaren Einbettung der Rohrschlange in entsprechenden Ebenen im Inneren des porösen Materials den Vorteil einer problemloseren Herstellung. In jedem Falle kann auf diese Weise dem in der Rohrschlange geführten Wärmeträgermittel, das beispielsweise auch das zu kühlende Medium sein kann, die Wärme bei geringen Temperaturdifferenzen und damit unter günstigsten exergetischen Bedingungen bei gleichzeitig optimalen Wärmeübergangsbedingungen entzogen werden. Bei einer Auf teilung der Wandanordnung in Einzelwände mit dazwischenliegendem Spalt kann gleichgültig, ob der Spalt eine Rohrschlange aufnimmt oder nicht - zwischen insbesondere den weiter stromab liegenden Wänden zusätzlich frisches Kondensat zugeführt werden, um einen gewünschten Feuchtigkeitsgehalt des in die Einzelwände eintretenden Mediums, der bei 70 % liegen sollte, aufrechtzuerhalten.

Durch die erläuterte Prozeßführung kann erreicht werden, daß das gesamte Kondensat in Sattdampf überführt wird.

Wahlweise kann jedoch auch im Umlaufverfahren verdampft werden, insbesondere dann, wenn eine mit der Wandanordnung wärmeleitend verbundene Wärmequelle nicht zur Verfügung steht oder nicht genutzt werden soll bzw. mittels eines zusätzlichen Wärmeträgermittels nicht die zur vollen Verdampfung erforderliche Wärmemenge eingebracht wird.

Es kann als einzige Wärmequelle auf das Kondensat selbst zurückgegriffen werden, wobei die große Oberfläche des porösen Materials im Sinne eines Rieselverdampfers wirkt.

Dabei wird dem Kondensat selbst die für die Verdampfung eines Teils des Kondensats erforderliche Wärme entzogen, so daß nicht verdampftes Kondensat mit entsprechend niedriger Temperatur verbleibt. Dieses kann gemäß Anspruch 9 mittels einer Flüssigkeitsableitung über einen externen Wärmetauscher , mit dem ein Medium gekühlt wird, wieder dem Kreislauf zugeführt werden.

Gemäß Anspruch 10 ist in besonders bevorzugter Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Wandanordnung den Saugraum der Strahlpumpe umfangsseitig einschließt, insbesondere etwa konzentrisch zur Mittelachse der Strahlpumpe angeordnet ist. Bei einer solchen, prinzipiell hülsenförmigen Ausbildung der Wandanordnung wird die Wandanordnung im wesentlichen radial von außen nach innen durchströmt. Dabei kann die Wandanordnung durch entsprechende konstruktive Gestaltung den Saugraum mit geringem Durchmesser umschließen und so möglichst nahe der kältesten Stelle der Kältemaschine angeordnet werden, so daß zugleich der sogenannte "Totraum" minimiert ist.

In ganz besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann eine Mehrzahl von Strahlpumpen hintereinandergeschaltet werden, wobei der Mischdampf einer vorgeschalteten Strahlpumpe entweder als Treibmittel - Serienschaltung - oder als Saugdampf - Kaskadenschaltung - der nachfolgenden Strahlpumpe dient (Ansprüche 11 und 12). Bei einer Hintereinanderschaltung von mehr als zwei Strahlpumpen kann die Schaltung teils als Serienschaltung und teils als Kaskadenschaltung ausgeführt werden.

Die Serienschaltung gemäß Anspruch 11 ermöglicht eine optimale Ausnutzung des Impulses des Treibmittels, wie dies aus der WO 80 02 863 für die Vakuumtechnik an sich bekannt ist; dabei werden die Düsen der hintereinandergeschalteten Strahlpumpen in der Weise aufeinander abgestimmt, daß größtmögliche Impulsausnutzung des Treibmittels erzielt wird. Auf diese Weise kann der Druck des

Mischdampfes einer Strahlpumpe ohne nachteilige Rückwirkung auf die Funktion der Strahlpumpe in einer folgenden Strahlpumpe weiter genutzt werden, wobei allerdings in der folgenden Strahlpumpe nicht mehr die Temperatur- und Druckabsenkung der vorherigen Strahlpumpe ganz erreicht werden kann. Durch eine derartige Serienschaltung kann somit mit einem einzigen Treibmittelstrom eine Mehrzahl von Strahlenpumpen mit zunehmend geringerer Temperaturabsenkung betrieben werden, so daß entweder an den einzelnen Strahlenpumpen einzelne Kühlkreisläufe mit unterschiedlicher Kühltemperatur angeschlossen werden können, oder aber eine Mehrzahl so hintereinandergeschalteter Strahlpumpen von einem einzigen Kühlkreislauf erfaßt werden können, wobei das Wärmekühlmedium zunächst der letzten Strahlpumpe zugeführt wird und mit entsprechend abgesenkter Temperatur schließlich die erste Strahlpumpe der Serie wieder verläßt. Hierbei wird das weiter oben im Zusammenhang mit Anspruch 8 erläuterte Gegenstromprinzip bei einer Mehrzahl hintereinandergeschalteter Strahlpumpen angewandt, und kann natürlich überdies auch in jeder einzelnen Strahlpumpe zusätzlich angewandt werden, so daß sich insgesamt ein Wärmetausch in einem annähernd idealen Gegenstrom ergibt.

Bei der Kaskadenschaltung gemäß Anspruch 12 erhält jede so geschaltete Strahlpumpe den vollen Treibmittelimpuls. Dadurch kann durch die Zusammenschaltung in Kaskadenform eine Strahlpumpenanordnung erzielt werden, die gegenüber der mit einer Stufe erzielbaren Temperaturdifferenz zwisehen Saugraum und Mischdampf ausgang eine wesentlich er-·· höhte Temperaturdifferenz erzeugen kann, dadurch, daß innerhalb der Strahlpumpenanordnung der Mischdampfdruck ansteigt, so daß nach einer Mehrzahl von Stufen am Ausgang der Anordnung ein hoher Mischdampfdruck vorliegt, der eine Kondensation bei hoher Temperatur ermöglicht. Auf diese Weise läßt sich somit bei Bedarf eine Kühlung auf tiefe Temperaturen, beispielsweise -10°c auch dann erzielen, wenn eine Kondensation, etwa bei heißer Umgebung, bei ei-

^343mo ner hohen Temperatur von beispielsweise von 40°C erfolgen muß.

Auch bei einer derartigen Kaskadenschaltung kann eine Durchströmung der einzelnen Strahlpumpen durch ein Kühlmedium in der weiter oben bereits geschilderten Weise im Gegenstrom von Strahlpumpe zu Strahlpumpe sowie gegebenenfalls innerhalb jeder Strahlpumpe erfolgen.

.Q Aufgrund der vorstehend geschilderten Funktionsweise eignet sich eine derartige Kaskadenschaltung !.in ganz hervorragender Weise für eine Nutzung als Wärmepumpe.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erläuterten -₅ Kaskadenschaltung besteht gemäß Anspruch 14 darin, jeder Strahlpumpe oder jeder bestimmten Gruppe von Strahlpumpen, die in Serien- oder Kaskadenschaltung miteinander verbunden sein können, ein eigenes Kühlmittel zuzuordnen, und die so gebildeten separaten Kühlkreisläufe innerhalb der _on Kaskadenanordnung der Strahlpumpen dadurch gewissermaßen in Serie zu schalten, daß der Verdampfer der nachgeschalteten Strahlpumpe mit dem Kondensator der vorgeschalteten Strahlpumpe im Wärmetausch steht. Werden dabei die Kältemittel in der Weise unterschiedlich gewählt, daß das Kältemittel der vorgeschalteten Strahlpumpe bei deren Mischdampfdruck eine Kondensationstemperatur aufweist, die zumindest ganz geringfügig höher ist als die Verdampfungstemperatur des Kältemittels der nachgeschalteten Strahlpumpe bei deren Saugdruck, so kann im Bereich des Ver-

dampfers der nachgeschalteten Strahlpumpe ein Wärmetausch 3u

in doppeltem Phasenwechsel in der Weise stattfinden, daß das zu verdampfende Kältemittel zumindest einen Teil seiner Verdampfungswärme dem zu kondensierenden Kältemittel entzieht und dieses dabei kondensiert. Die beiden unter-

_ot. schiedlichen Kältemittel in den separaten Kühlkreisläufen co

können dabei unterschiedlichen Kühlzwecken auf unterschiedlichem Temperaturniveau dienen.

In Anspruch 15 ist eine Strahlpumpe angegeben, die im Oberbegriff von der Strahlpumpe gemäß der DE-OS 29 37 438 ausgeht.. Bei dieser bekannten Strahlpumpe wird in den Saugraum Flüssigkeit eingefüllt, derart, daß der Flüssigkeitsspiegel dem erzeugten Unterdruck ausgesetzt ist. Hierdurch verdampft ein Teil der Flüssigkeit von der Flüssigkeitsoberfläche und wird als Dampf dem flüssige Treibmittelstrahl zugeführt, wo zugleich die Rückkondensation des Dampfes erfolgt, wonach die Mischflüssigkeit abgezogen wird. Um die Verdampfung der im Saugraum stehenden Flüssigkeit zu unterstützen, ist der Saugraum von einer im wesentlichen zylindrischen Umfangswand aus porösem Material umgeben, die für Gas durchlässig, für Flüssigkeit hingegen undurchlässig ist. Infolge des im Saugraum herrsehenden Unterdrucks wird durch die gasdurchlässige poröse Wand hindurch Gas angesaugt, welches die Flüssigkeit aufschäumt und so die Verdampfungsoberfläche vergrößert. Hierbei dient die poröse Wand nicht als Verdampfer, sondern verschlechtert den Wirkungsgrad der Strahlpumpe durch die zusätzliche Luftansaugung durch die poröse Wand hindurch.

Durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 15 wird jedoch erreicht, daß eine derartige Strahlpumpe zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Kältemaschine bzw. Wärmepumpe brauchbar wird, wobei die poröse Wand als Drosseleinrichtung und Verdampfer für das Kondensat wirkt. Eine derartige Strahlpumpe ist jedoch auch unabhängig von einer erfindungsgemäßen Kältemaschine, für die sie ganz besonders geeignet ist, vorteilhaft einzusetzen, so etwa beispielsweise als Filter, wenn dem Saugstrom durch die poröse Wand Partikel, beispielsweise Ölpartikel, entzogen werden sollen. Infolge der beim Betrieb der Strahlpumpe auftretenden, überschaubaren und voraussehbaren Druck- und insbesondere Temperaturverhältnisse ist auch eine Verwendung als fraktionierendes Filter möglich, wobei etwa nur diejenigen Fluidfraktionen ausgeschieden werden, die bei dem sich einstellenden thermodynamischen

i /τι Zustand als Fluid oder als Feststoff vorliegen, während andere Stoffe, die etwa gasförmig oder als Fluid vorliegen, durchgelassen werden.

Auch für die letztgenannte Verwendung ist eine Ausbildung des porösen Materials als metallisches Material mit guter Wärmeleitung und insbesondere als Sintermetall gemäß Anspruch 16 vorteilhaft.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Zeichnung.

Es zeigt
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Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Kältemaschine bzw. Wärmepumpe,

Fig. 2 gemäß Linie II-II in Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Strahlpumpe in einer ersten Ausfüh

rungsform, wie sie bei einer Kältemaschine gemäß Fig. 1 verwendbar ist,

Fig. 3 gemäß Linie III-III in Fig. 2 einen Querschnitt durch die Strahlpumpe gemäß Fig. 2,

Fig. 4 einen Fig. 2 entsprechenden Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Strahlpumpe,
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Fig. 5 die Einzelheit gemäß Kreis V in Fig. 4 in vergrößerter Darstellung, jedoch in abgewandelter Ausführungsform,

Fig. 6 eine schaltbildliche Darstellung einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kältemaschine mit innerem Wärmetausch,

Fig. 7 eine schaltbildliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kältemaschine/ bei der das zu kühlende Medium in direktem Wärmekontakt mit dem porösen Material steht,

Fig. 8 eine schaltbildliche Darstellung einer wiederum anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kältemaschine im Umlaufkühlverfahren,

Fig. 9 eine schaltbildliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kältemaschine mit zwei Strahlpumpen in Serienschaltung,

Fig. 10 eine schaltbildliche Darstellung einer wiederum anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kältemaschine mit zwei Strahlpumpen in Kaskadenschaltung, und

Fig. 11 eine schaltbildliche Darstellung einer wiederum weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kältemaschine mit zwei Strahlpumpen in Kaskadenschaltung sowie zwei Kühlkreisläufen in Serienschaltung.

Fig. 1 zeigt das grundlegende Schema eines Kältekreislaufes gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Strahlpumpe 1 mit dem integrierten Verdampfer 2 aus porösem Material wird durch Treibdampf aus dem Dampferzeuger 4 angetrieben. Der in der Strahlpumpe erzeugte Mischdampf wird im Kondensator 3 kondensiert und ein Teil dieses Kondensats wird wieder dem Verdampfer 2 zugeführt. Der andere Teil dieses Kondensats wird über die Flüssigkeitspumpe 5 wieder in den Treibmittelerzeuger 4 befördert. Die Antriebsener-

gie Q_ex wird dem Dampferzeuger 4 zugeführt, die Kondensationswärme Q_c wird dem Kondensator 3 entzogen und die zur Verdampfung des Kältemittels notwendige Wärme Q₀ wird dem Verdampfer 2 zugeführt. Das flüssige Kältemittel dringt

in den Verdampfer 2 aus porösem Material ein und geht an der großen inneren Oberfläche des porösen Materials in den gasförmigen Zustand über. Gleichzeitig wird dabei das flüssige Kältemittel von dem Kondensatordruck P_c auf

dem im Saugraum der Strahlpumpe herrschenden Druck P gedrosselt. Die zur Verdampfung des Kältemittels notwendige Wärme Q kann dabei sowohl durch Wärmeleitung in das poröse Material eingebracht werden als auch in einer speziellen Ausführungsform dem flüssigen Kältemittel entzogen werden.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt einer Ausführungsform der Strahlpumpe 1. Über eine Treibmitteldüse 11 wird Treibmittel, beispielsweise Dampf, eingeführt und in einer Mischdüse 12 aufgefangen. Zwischen der Treibdüse 11 und der Mischdüse 12 ist ein Saugraum 13 angeordnet. Durch den Treibmittelstrahl wird im Saugraum 13 in der bekannten Weise ein Unterdruck P_Q erzeugt.

Über Leitungen 14 und 15 wird Kondensat einem Vorlageraum 16 bzw. 17 zugeführt, und von dort im radial äußeren Bereich einer Wandanordnung 18 zugeleitet.

Wie insbesondere auch aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist die Wandanordnung 18 an ihrer Außenseite eng von einer metallischen Ummantelung 19 umgeben, die mit Lamellen 20 in die Wandanordnung 18 hineinragt sowie mit Lamellen 21 in die umgebende Atmosphäre ragt. Die Lamellen 20 und 21 dienen als Wärmetauschflachen.
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Zur Zuführung des Kondensats zur Wandanordnung 18 in deren radial äußerem Bereich sind Kanäle 22 zwischen der Ummantelung 19 und dem Außenbereich der Wandanordnung 18 vorgesehen, die durch entsprechende Formgebung oder Ausnehmung sowohl an der Innenseite der Ummantelung 19 als auch am Außenumfang der Wandanordnung 18 ausgebildet sind. Selbstverständlich kann stattdessen eine Ausbildung der Kanäle 22 alleine im Bereich der Ummantelung 19 oder der

ι Wandanordnung 18 erfolgen, wobei auch Durchbrüche im Bereich der Wandanordnung 18 in deren oberflächenseitigen Bereich möglich sind.

p: Die Wandanordnung 18 besteht aus porösem Material, im Beispielsfalle Sintermetall, und ist zumindest in ihren oberflächenseitigen Schichten für das flüssige Kondensat durchlässig. Bei Zuführung von Kondensat durch die Leitungen 14 und 15 über die Vorlageräume 16 und 17 gelangt dieses somit in die Kanäle 22, die in einer Mehrzahl am Umfang der Wandanordnung 18 verteilt angeordnet sind, und dringt von dort im wesentlichen gleichmäßig verteilt in das Sintermetall der Wandanordnung 18 ein. Die Wandanordnung 18 dient dabei als Drossel für die Strömung des Kondensats, so daß im Bereich der Dicke der Wandanordnung 18 ein Druckabfall auftritt, wobei der Druck im Bereich der stromabseitigen Oberfläche 23 der Wandanordnung 18 den Saugdruck ρ erreicht. In der einleitend im einzelnen erläuterten Weise tritt dabei zwangsläufig eine Verdamp-

„_n fung des Kondensats auf, welches als Dampf die Oberfläche 23 verläßt und dem Treibmittelstrahl zugeführt wird.

Die für die Verdampfung erforderliche Wärmeenergie wird durch Wärmeleitung über die Lamellen 21, die Ummantelung „c 19 und die Lamellen 20 in das poröse Material eingebracht. Hierbei wird der Umgebung der Lamellen 21 Wärme entzogen. Dieser Wärmeentzug ergibt die gewünschte Kälteleistung.

Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist die Wand- _ anordnung als langgestrecktes Teil mit gleichem Querschnitt, nämlich äußeren Lamellen 21 und inneren Lamellen 20, ausgebildet. Daher kann die Ummantelung zweckmäßig als abgelängtes Strangpreßteil zur Verfügung gestellt werden.

In Fig. 4 ist eine mit 24 bezeichnete andere Ausführungsform einer Strahlpumpe für eine erfindungsgemäße Kältemaschine veranschaulicht. Die Strahlpumpe 24 weist wie-

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derum eine Treibdüse lla, einen Saugraum 13a mit dem Druck ρ und eine Mischdüse 12a auf. Weiterhin ist eine Wandanordnung 18a aus porösem Material vorgesehen. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 2 und 3 ist jedoch nicht eng anliegend am Außenumfang der Wandanordnung 18a eine Ummantelung zur Wärmeleitung vorgesehen, sondern die Wandanordnung 18a ist durch eine ringförmige Vorkammer 25 umgeben und flüssigkeitsdicht gegenüber der Umgebung abgeschlossen. Über eine Leitung 14a wird Kondensat in die Vorkammer 25 eingeführt und von dort auf den Außenumfang der Wandanordnung 18a aufgebracht. Auch bei dieser Ausführungsform tritt das Kondensat in den für Kondensat durchlässigen Oberflächenbereich der Wandanordnung 18a ein, verdampft dort, tritt als Dampf an der stromab liegenden Oberfläche 23a aus und wird dem Treibmittelstrahl zugeführt.

Während jedoch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 und die zur Verdampfung erforderliche Wärme durch Wärmeleitung aus der Umgebung entzogen und der Wandanordnung 18 zugeführt wird, erfolgt im Falle der Ausführungsform gemäß Fig. 4 die Wärmezufuhr über ein Wärmeträgermittel in einer Leitung 26, die im Bereich der Wandanordnung 18a als gut leitende, also metallische Rohrschlange 27 vorliegt und den Außenumfang der Wandanordnung 18a eng umgibt. Insbesondere im Falle einer Verwendung von Metall für die Wandanordnung 18a erfolgt im Bereich der Wandanordnung 18a ein schneller Temperaturausgleich, so daß die zur Verdampfung im Inneren der Wandanordnung 18a entzogene Wärme zu einer starken Abkühlung auch des Außenumfangs der Wandanordnung 18a führt. Dadurch wird dem Wärmeträgermittel in der Rohrschlange 27 durch Wärmeleitung Wärme entzogen, so daß eine entsprechende Abkühlung des Wärmeträgermittels 7 erfolgt, und dieses an anderer Stelle .zu Kühlzwecken Wärme aufnehmen kann. Die Wärmequelle für die Verdampfung stellt somit das in der Leitung 26 strömende Wärmeträgermittel dar, welches das Kühlmedium ist.

Wie aus Pig. 5 ersichtlich ist, die die Einzelheit aus Kreis V in Fig. 4 in vergrößerter Darstellung, jedoch bei einer abgewandelten Ausführungsform veranschaulicht, kann eine Wandanordnung 18b auch aus einer Mehrzahl von Einzelwänden, im Beispielsfalle zwei Wänden 28 und 28a bestehen. Zwischen beiden Wänden 28 und 28a sowie an deren Außenseiten kann Wärmeübertragung auf eine Rohrschlange 29 erfolgen, die in mehreren Lagen oder Ebenen 29a, 29b und 29c angeordnet ist. Die in Fig. 5 durch Pfeile veranschaulichte Durchströmungsrichtung durch das Kondensat bzw. das verdampfende Kondensat veranschaulicht, daß zunächst die in Strömungsrichtung vorderste Ebene 29a der Rohrschlange in Kontakt mit dem Kondensat kommt, und dieses bereits in gewissem Umfange vorverdampfen kann. Zur Erzielung einer solchen Rohrverdampfung kann auch im Abstand vor der Wandanordnung 18b eine weitere Ebene 29d der Rohrschlange angeordnet sein, die lediglich dazu dient, das Kondensat vorzuwärmen bzw. vorzuverdampfen. Die eigentliche Verdampfung erfolgt dann.in der ersten Wand 28 der Wandanordnung 18b in der bereits erläuterten Weise, wobei ein großer Teil des Kondensats in Dampfform übergehen möge. Es erfolgt sodann ein weiterer Wärmetausch auch zwischen dem verdampfenden Kondensat und der zweiten Lage oder Ebene 29b der Rohrschlange 29 und sodann der Eintritt in die zweite Wand 28a, in der im Beispielsfalle die vollständige Verdampfung erfolgen möge. Soweit die Verdampfung im Bereich der Wand 28 bereits so weit fortgeschritten ist, daß das Kondensat bzw. der Kondensatdampf beim Eintritt in die zweite Wand 28a eine sehr geringe Feuchtigkeit, etwa unter 70 % aufweist, kann im Bereich der Ebene 29b zusätzliches Kondensat zur Nachfeuchtung zugeführt werden. Im Beispielsfalle einer vollständigen Verdampfung liegt dann jedenfalls an der stromab liegenden Oberfläche 23b Sattdampf vor, der, ebenso wie die benachbarte Fläche der Wand 28a, in Wärmetausch mit der letzten Ebene 29c der Rohrschlange 29 tritt, so daß dem darin strömenden Wärmeträgermittel nochmals Wärme, diesmal bei den niedrigsten auftretenden Temperaturen,

entzogen wird. Zur Erzielung eines exergetisch günstigen Gegenstrorawarmetausches durchströmt das Wärmeträgermittel zunächst die Ebene 29d, die im Bereich mit der höchsten Temperatur liegt, und tritt im Bereich der Ebene 29c, die im Bereich der niedrigsten Temperatur liegt, aus, so daß stets minimale Temperaturdifferenzen vorliegen. Die Fig. 6 bis 11 zeigen in schaltbildlicher Darstellung unterschiedliche Schaltungen für eine erfindungsgemäße Kältemaschine, wobei stets Strahlpumpen der prinzipiellen Bauart gemäß Fig. 4 (mit Vorkammer 25 und Wärmetausch) über ein Wärmeträgermittel eingesetzt sind, soweit dies nicht ausdrücklich anders vermerkt ist. Weiterhin ist zur Verbesserung der Übersichtlichkeit in den Schaubildern eingetragen, in welcher Phase das dortige Medium vorliegt, wobei (1) die flüssige Phase, und (v) die gasförmige Phase bezeichnen. Weiterhin sind in den Schaubildern in der üblichen Weise die Drücke ρ und Wärmeströme Q bzw. Energie mit den üblichen Indizes eingetragen, so daß die Schaltbilder weitgehend aus sich selbst heraus verständlieh sind und im folgenden daher nur auf besonders zu erläuternde Gesichtspunkte eingegangen wird.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 6 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß die Kondensatleitung 6 nicht wie die Kondensatleitung 14a das Kondensat in der Vorkammer 25 freisetzt, sondern vielmehr das Kondensat zunächst im Sinne des Wärmeträgermittels in Leitung 26 in berührungsfreiem Wärmetausch mit dem Verdampfer geführt wird und dabei eine Vorkühlung erfährt. Über eine Leitung 6a wird das so vorgekühlte, noch flüssige Kondensat einem in Direktverdampfung arbeitenden externen Verdampfer 30 zugeführt, in dem Wärme zugeführt und das Kondensat verdampft wird, wobei die hierfür erforderliche Wärmemenge Q der Nutzleistung der Kältemaschine entspricht. Über eine Leitung 6b wird das dampfförmige Kältemittel sodann der Vorkammer 25 zugeführt und ähnlich wie im Falle der Kondensatleitung 14a in Fig. 4 in der Vorkammer 25 freigesetzt. Für die Funk-

tionsweise der Strahlpumpe 24 ist es unerheblich, ob die Kondensatleitung 14a in der Vorkammer 25 flüssiges Kondensat oder bereits dampfförmiges Kältemittel freisetzt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 entfällt ein innerer Wärmetausch, wie er im Zusammenhang mit Fig. 6 veranschaulicht und erläutert ist, vielmehr wird das hinter dem Kondensator 3 abgezweigte flüssige Kondensat über die Kondensatleitung 14a, wie im Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert ist, in der Vorkammer 25 freigesetzt und im Verdampfer 2 verdampft. Die Verdampfungswärme wird der Rohrschlange 27 bzw. dem darin strömenden flüssigen Wärmeträgermittel entzogen, welches diese Wärme in einem externen Wärmetauscher 31 aufnimmt, an dem die Nutzleistung der Kältemaschine zur Verfügung steht.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 wird, wie im Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert ist, über die Kondensatleitung 14a flüssiges Kondensat in die Vorkammer 25 eingeführt und dem Verdampfer 2 zugeführt. Der Verdampfer 2 bzw. die Wandanordnung 18a mögen im Beispielsfalle keine wesentlichen Wärmemengen durch Wärmeleitung oder auf sonstige Weise aufnehmen können. In diesem Falle steht die für die Verdampfung erforderliche Wärmeenergie lediglich in Form des Energieinhalts des Kondensats zur Verfügung. Dadurch wird dem Kondensat bei beginnender Verdampfung Wärme entzogen, wobei die innere Oberfläche des porösen Materials ähnlich einem Rieselverdampfer wirkt. Das in die dampfförmige Phase übergegangene Kondensat gelangt in der erläuterten Weise in den Treibmittelstrom, während nicht verdampftes, gekühltes Kondensat zurückbleibt. Dieses wird über eine Flüssigkeitsableitung 32 aus dem Bereich der Vorkammer 25 bzw. des Verdampfers 2 abgezogen und über einen Wärmetauscher 33 wieder dem Kreislauf zugeführt, wie dies aus Fig. 8 ersichtlich ist. Am Wärmetauscher 33 steht die Nutzleistung der Kältemaschine zur Verfügung. Das im Wärmetauscher 33 erwärmte Kondensat wird wieder der Vorkammer 25 zugeführt. Es erfolgt somit

die Kühlung im Umlaufverfahren.

Bei den Schaltbildern gemäß Fig. 9 bis 11 sind Kältemaschinen verwirklicht, bei denen eine Mehrzahl von im Beispielsfalle zwei Strahlpumpen hintereinandergeschaltet sind. Bei sämtlichen Verdampfern der Strahlpumpen ist dabei jeweils eine kälteseitige Schaltung mit innerem Wärmetausch dargestellt. Stattdessen kann selbstverständlich auch jede andere Variante des Wärmetauschs etwa gemaß den Fig. 7 oder 8 entsprechend verwirklicht werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 ist eine erste Strahlpumpe 24 mit Treibdüse 11a, Saugraum 13a und Mischdüse 12a vorgesehen, wobei der Ausgang der Mischdüse 12a an die Treibdüse 11a der nachgeschalteten Strahlpumpe 24 angeschlossen ist. Der Mischdampf der vorgeschalteten Strahlpumpe dient somit als Treibmittel für die nachgeschaltete Strahlpumpe 24. Dadurch kann in. der nachgeschalteten Strahlpumpe 24 der Druck am Ausgang der Mischdüse der ersten Strahlpumpe 24 erneut entsprechend, wenn auch unter Nutzung eines niedrigeren Impulses, genutzt werden, so daß der Saugdruck ρ , der vorgeschalteten Strahlpumpe 24 niedriger liegt als der Saugdruck ρ ₂ der nachgeschalteten Strahlpumpe 24.

In beiden Fällen erfolgt entsprechend der Schaltung gemäß Fig. 6 die Kühlung eines Wärmeträgermittels. Das Wärmeträgermittel strömt in einer der Leitungen 6 gemäß Fig. 6 entsprechenden Leitung 6.c in den Bereich des Verdampfers 2 der nachgeschalteten Strahlpumpe 24, durchströmt in einer Rohrschlange 27, wird jedoch an deren Ausgang nicht zum Wärmetauscher 30, sondern weiter zu einer entsprechenden Rohrschlange 27 des Verdampfers 2 der vorgeschalteten Strahlpumpe 24 geführt und dort mit geringerer Temperatur als im Bereich der nachgeschalteten Strahlpumpe 24 erneut beaufschlagt, so daß Wärme entzogen wird. Auf diese Weise ist ein Wärmetausch im Gegenstrom verwirklicht. Selbstverständlich kann im Bereich beider Ver-

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dämpfer 2 der beiden Strahlpumpen 24 jeweils nochmals ein Wärmetausch im Gegenstrom erfolgen, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 5 näher erläutert ist.

Aus dem Verdampfer 2 der vorgeschalteten Strahlpumpe 24 gelangt das flüssige Wärmeträgermittel in der Leitung 6c schließlich in den Wärmetauscher 30, wo eine Direktverdampfung erfolgt. Das dampfförmige Wärmeträgermittel wird über eine Leitung 6d, die verzweigt ist, über eine Rückschlagklappe 34 den Vorkammern 25 der beiden Strahlpumpen 24 zugeführt. Dabei erfolgt die vollständige Verdampfung zur Bildung von Sattdampf aus dem in der Leitung 6a (bzw. in Fig. 6 und des weiteren 6b) herangeführten oder zumindest im Bereich der Rohrschlange 27 erzeugten Naßdampf.

Bei Bedarf kann durch Zuführung von Kondensat weiter nachgefeuchtet und damit die durch Verdampfung entzogene Energie weiter erhöht werden, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 5 näher erläutert ist.

Bei Bedarf kann ein zweiter externer Verdampfer 30 in der aus Fig. 9 gestrichelt ersichtlichen Weise angeschlossen werden, wobei die Anordnung so getroffen sein kann, daß jeder Verdampfer 30 einer der Strahlpumpen 24 zugeordnet ist, so daß also im Bereich der Rückschlagklappe 34 normalerweise keine Strömung vorliegt.

Im Falle zweier Verdampfer 30, die jeweils mit einer Strahlpumpe 24 zusammenarbeiten, arbeitet jeder der Verdampfer im Leistungsbereich der zugehörigen Strahlpumpe

24. Ist nur ein Verdampfer 30 an beide Strahlpumpen 24 in der weiter oben erläuterten Weise angeschlossen, so kann dieser im gesamten Bereich ρ - und ρ ~ geregelt werden, und zwar unter Beibehaltung des optimalen Wirkungsgrades des Treibstrahlimpulses.

Während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 die Schaltung der Strahlpumpe 24 nach Art einer Serienschaltung erfolgte, ist bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 10 und 11 eine

Schaltung nach Art einer Kaskadenschaltung vorgesehen, bei der der Mischdampf aus der Mischdüse 12a der vorgeschalteten Strahlpumpe 24 der Saugseite der nachgeschalteten Strahlpumpe 24, also deren Vorkammer 25 zugeführt wird. Hierdurch wird im Prinzip erreicht, daß der jeweils am Ausgang der Mischdüse 12a vorliegende Mischdampfdruck in der Kaskadenschaltung von der vorgeschalteten Strahlpumpe 24 zur nachgeschalteten Strahlpumpe 24 ansteigt, so daß an der letzten Mischdüse 12a ein wesentlich höherer Druck vorliegt, als er mit einer nur einer Strahlpumpe 24 bei gegebenem Saugdruck ρ und Treibdruck p__v

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erzielbar wäre.

Da im Gegensatz zur Serienschaltung gemäß Fig. 9 hier jeweils Treibmittel an jeder Strahlpumpe 24 in das System eingeführt werden muß, kann der im Beispielsfalle als Treibmittel dienende Frischdampf Treibmittelerzeugern 4 unterschiedlichen Druckniveaus entnommen werden, wie dies in Fig. 10 gestrichelt ergänzend veranschaulicht ist. Dabei wird eine Verbindung zwischen dem ersten Treibmittelerzeuger 4. und der Treibdüse der ersten Strahlpumpe 24 durch ein schematisch veranschaulichtes Absperrorgan 35 abgeschlossen, wobei diese Leitung, die nur bei Betrieb beider Strahlpumpen 24 durch einen einzigen Treibmittelerzeuger 4 erforderlich ist, im Falle zweier Treibmittelerzeuger 4 natürlich auch gänzlich entfallen kann. Dabei wird die die letzte Stufe bildende Strahlpumpe 24 mit demjenigen Treibmittelerzeuger 4 verbunden, der den höchsten Treibmitteldruck erzeugt, um einen möglichst hohen Gegendruck an der zugehörigen Mischdüse 12a zu erzielen. Im Beispielsfalle möge dies der mit ausgezogenen Linien dargestellte Treibmittelerzeuger 4 sein. Der Heizmediumausgang des mit ausgezogenen Linien veranschaulichten Treibmittelerzeugers 4 kann wiederum mit dem Heizmediumeingang des gestrichelt dargestellten Treibmittelerzeugers 4 verbunden sein, so daß dieser auf niedrigerem Druck arbeitet und mit der vorgeschalteten Strahlpumpe 24 verbunden wird.

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Bezüglich der weiteren Ausbildung auf der Kälteseite

ergeben sich keine Unterschiede zur Ausführungsform gemäß Fig. 9, so daß wegen weiterer Einzelheiten hierauf verwiesen werden kann.
5

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 11 ist ebenfalls die Kaskadenschaltung gemäß Fig. 10 im Prinzip eingesetzt, jedoch arbeiten beide Strahlpumpen mit unterschiedlichen Kältemitteln. Der ersten Strahlpumpe 24 ist ein insgesamt mit 36 bezeichneter Kühlkreis zugeordnet, der anstelle des üblichen Kondensators 3 einen weiter unten näher erläuterten Kondensator 37 aufweist, im übrigen jedoch gemäß der Ausführungsform nach Fig. 6 arbeitet. Der nachgeschalteten Strahlpumpe 24 ist ein Kühlkreislauf 38 zugeordnet, der im Prinzip der Ausführungsform gemäß Fig. 7 entspricht, wobei jeweils anstelle der Ausführungsform gemäß den Fig. 6 und 7 auch ein Umlaufverfahren gemäß Fig. 8 eingesetzt werden kann.

Die Besonderheit dieser Ausführungsform liegt darin, daß der Kondensator 37 im Wärmetausch mit dem Verdampfer 2 der nachgeschalteten Strahlpumpe 24 liegt, also die Kondensationswärme an den nachgeschalteten Verdampfer 2 abgibt. Hierzu müssen die in den Kühlkreisläufen 36 und 38 befindlichen Kältemittel unterschiedlich gewählt sein, und zwar derart, daß das Kältemittel des der vorgeschalteten Strahlpumpe 24 zugeordneten Kühlkreises 36 bei dem am Ausgang der vorgeschalteten Strahlpumpe 24 herrschenden Druck eine Kondensationstemperatur besitzt, die etwa gleich oder höher ist als die Verdampfungstemperatur des Kältemittels im Kühlkreis 38 der nachgeschalteten Strahlpumpe 24 bei deren Saugdruck ρ , so daß die zur Verdampfung des Kältemittels im Kreislauf 38 erforderliche Wärme aus der Kondensation des Kältemittels aus dem Kreislauf 36 im Bereich des Kondensators 37 gewonnen werden kann.

Die Strahlpumpe 24 gemäß Fig. 4 mit nach Art einer Hülse konzentrisch die Mittelachse umgebender Wandanordnung 18a

aus Sintermetall eignet sich nicht nur hervorragend zur Verwendung in sämtlichen dargestellten Schaltungen für Kältemaschinen bzw. Wärmepumpen, sondern besitzt darüber hinaus auch eigene Bedeutung; so kann beispielsweise durch das Sintermetall hindurch anstelle eines Kältemittels auch ein anderes Medium angesaugt und die Filterwirkung des Sintermetalls oder einer sonstigen porösen Wand dazu genutzt werden, Stoffe aus diesem Medium auszufiltern, wie dies einleitend näher erläutert ist. 10

Claims

Patentansprüche

1.) Kältemaschine, bzw. Wärmepumpe, mit einem Verdichter in Form einer Strahlpumpe (1; 24), einem der Strahlpumpe nachgeschalteten Kondensator (3; 37) und einem mit der Strahlpumpe verbundenen Verdampfer (2), in dem niedrig gespannter Saugdampf zur Ansaugung durch das Treibmittel in den Saugraum (13; 13a) der Strahlpumpe (1; 24) erzeugbar ist, wobei vor dem Saugraum (13; 13a) der Strahlpumpe eine Drosseleinrichtung für das Kondensat angeordnet ist,, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (2) zugleich zumindest als Teil der Drosseleinrichtung ausgebildet ist und die Form einer Wandanordnung (18; 18a) aus porösem Material, vorzugsweise metallischem Material wie insbesondere Sintermetall aufweist, deren stromab liegende Oberfläche (23; 23a) zumindest Teil der Umgrenzung des Saugraumes (13; 13a) der Strahlpumpe (1; 24) bildet und deren seitliche Ränder flüssigkeitsdicht abgeschlossen sind, wobei zumindest die stromauf liegenden Oberflächenschichten der in Strömungsrichtung des Kondensats ersten (28) oder einzigen Wand der Wandanordnung (18; 18a; 18b) für Kondensat durchlässig ausgebildet sind.

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2. Kältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandanordnung (18; 18a; 18b) aus porösem Material wärmeleitend mit einer Wärmequelle verbunden ist, die Wärmeenergie auf einem Temperaturniveau liefert, das oberhalb der Verdampfungstemperatur des Kondensats bei dem an der stromab liegenden Oberfläche (23; 23a; 23b) der Wandanordnung (18; 18a; 18b) herrschenden Druck liegt.

3. Kältemaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle durch ein die Strahlpumpe (1) umgebendes Medium wie Luft oder Wasser gebildet ist, und daß als wärmeleitende Verbindung eine eng anliegende metallische Ummantelung (19) der Wandanordnung (18) vorgesehen ist.

4. Kältemaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (19) mit äußeren, in das Medium ragenden und/oder inneren, in die Wandanordnung (18) ragenden Lamellen (21 bzw. 20) versehen ist.

5. Kältemaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (20, 21) der Ummantelung (19) in deren Längsrichtung verlaufen, und die Ummantelung (19) als abgelängtes Strangpreßteil mit an jeder Stelle gleichem Querschnitt ausgebildet ist.

6. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat in Kanälen (22) im Material der Ummantelung (19) und/oder im Material der Wandanordnung (18) innerhalb deren für Kondensat durchlässigen Oberflächenschichten geführt ist.

7. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle durch ein Wärmeträgermittel gebildet, das in einer Leitung (6; 6c; 26) geführt ist, daß als wärmeleitende Verbindung die Wand der als metallische Rohrschlange (27; 27a) ausgebilde-

ten Leitung vorgesehen ist, die mit der Wandanordnung (18a; 18b) in Berührung steht, und daß die Rohrschlange (27; 27a) in einer gegenüber der Umgebung abgeschlossenen Vorkammer (25) angeordnet ist.

8. Kältemaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlange (27a) in einer Mehrzahl von Ebenen (29a, 29b, 29c) an einzelnen Wänden (28, 28a) der Wandanordnung (18b) angeordnet und von den stromauf liegenden Ebenen (29a, 29b) in Richtung auf die stromab liegenden Ebenen (29b, 29c) von Wärmeträgermittel durchflossen ist.

9. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da-

durch gekennzeichnet, daß im Bereich der Wandanordnung (18a; 18b) eine Flüssigkeitsableitung (32) mündet, mittels der nicht verdampftes Kondensat über einen externen Wärmetauscher(33) wieder in den Kreislauf zurückführbar ist (Fig. 8).

10. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandanordnung (18; 18a; 18b) den Saugraum (13; 13a) der Strahlpumpe (1; 24) umfangsseitig einschließt, insbesondere konzentrisch zur Mittelachse der Strahlpumpe (1; 24) angeordnet ist.

11. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Strahlpumpen (1; 24) in der Weise hintereinandergeschaltet ist, daß der Mischdampf einer vorgeschalteten Strahlpumpe als Treibmittel der nachgeschalteten Strahlpumpe dient (Fig. 9).

12. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Strahlpumpen (1; 24) in der Weise hintereinandergeschaltet ist, daß der Mischdampf einer vorgeschalteten Strahlpumpe als Saugdampf der nachgeschalteten Strahlpumpe dient (Fig. 10, 11).

13. Kältemaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß zu kühlendes Medium derart im Gegenstrom durch eine Gruppe von hintereinandergeschalteten Strahlpumpen (1; 24) geleitet wird, daß es zunächst mit dem Kondensat bzw. verdampfenden Kondensat der nachgeschalteten letzten Strahlpumpe (1; 24) der Gruppe gebracht und zuletzt in Wärmetausch mit dem Kondensat bzw. verdampfenden Kondensat der vorgeschalteten ersten Strahlpumpe (1; 24) der Gruppe gebracht wird.

14. Kältemaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede Strahlpumpe (1; 24) einen eigenen Kühlkreislauf (36; 38) mit einem zugehörigen Kältemittel aufweist, wobei die Kältemittel in der Weise unterschiedlieh sind, daß das Kältemittel der vorgeschalteten· Strahlpumpe (1; 24) bei deren Mischdampfdruck bei einer Temperatur kondensiert, die wenigstens ganz geringfügig höher ist als die Verdampfungstemperatur des Kältemittels der nachgeschalteten Strahlpumpe (1;

24) bei deren Saugdruck, und daß der Kondensator (37) für das Kältemittel der vorgeschalteten Strahlpumpe mit der Wandanordnung (18a; 18b) der nachgeschalteten Strahlpumpe (1; 24) in Wärmetausch steht.

15. Strahlpumpe insbesondere für eine Kältemaschine bzw. Wärmepumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, mit einer zumindest Teil der umfangsseitigen Begrenzung des Saugraumes (13a) bildenden, insbesondere konzentrisch zur Mittelachse der Strahlpumpe (24) angeordneten Wandanordnung (18a; 18b) aus porösem Material, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenumfang der Wandanordnung (18a; 18b) gegenüber der Umgebung flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist, und daß zumindest die radial außenliegenden Oberflächenschichten der Wandanordnung (18a; 18b) für Flüssigkeit durchlässig ausgebildet sind.

16. Strahlpumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Material ein metallisches Material, insbesondere Sintermetall ist.