DE2806843A1

DE2806843A1 - Verfahren und system zum umwandeln von waermeenergie in mechanische energie

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Publication number: DE2806843A1
Application number: DE19782806843
Authority: DE
Inventors: Kenneth A Williams
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-01-18
Filing date: 1978-02-17
Publication date: 1979-07-19
Also published as: GB1595509A; FR2415197A1; SE7801780L; JPS5498437A; CA1100317A; FR2415197B3

Description

KENNETH A. WILLIAMS

Belleair Shores, Florida (V.St.A.)

Verfahren und System zum Umwandeln von
Wärmeenergie in mechanische Energie

Die Erfindung betrifft ein System zum

Erzeugen mechanischer Energie, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umwandeln von Wärmeenergie in
me chani s ehe Energie.

Ss ist allgemein bekannt, daß die Weltvorräte an den üblichen Brennstoffen, wie Erdgas, Gl, Kohle und
dergleichen, schnell verbraucht werden. Die fortdauernde Versorgung mit diesen Brennstoffen wird seit einigen
Jahren ernstlich in Frage gestellt. Die genannten Brennstoffe werden für zahlreiche Zwecke verwendet, von denen aber vielleicht keiner wichtiger ist als die Erzeugung von Wärmeenergie, die in mechanische Energie zum Antrieb von Land- und ¥asserfahrzeugen und in elektrische Energie
für die Verwendung in Haushalt und Industrie umgewandelt werden kann. Auch sahireiche andere Energiequellen stehen zur Verfügung oder sind in der Entwicklung begriffen, z. B, die Sonnenenergie, die Kernenergie und dergleichen, und
diese alternativen Energiequellen- werden in dem Maße, in dem sie verwertet werden, die derzeitigen und die zu erwartenden Schwierigkeiten in der Brennstoffversorgung
mildern. Dabei ist jedoch zu bedenken, daß Kernenergie
teuer ist und ihre Verwertung zu gewaltigen und bisher

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ungelösten Umweltproblemen führt',, Die Umwandlung von Sonnenenergie in mechanische Energie befindet sich noch im Sntwicklungsstadium und kann mindestens derzeit nicht in allen Klimabereichen praktiziert werden, besonders in Gegenden mit häufigem Auftreten von Bewölkung₉ Nebel oder Smog» Somit steht derzeit keine xfirklich' brauchbare Energiequelle zur Verfügung₉ die anstelle der üblichen Brennstoffe zur Befriedigung des ständig steigenden Bedarfs der modernen Gesellschaft an mechanischer Energie verwendet werden kann.

Es sind schon zahlreiche Systeme vorgeschlagen worden, in denen von üblichen Energiequellen gelieferte Energie mit höherem Wirkungsgrad verwertet wird, indem die thermodynamisehen und Strömungsverluste auf ein Minimum reduziert werden. Aber auch die Systeme sind bedauerlicherweise nicht imstande, den Wirkungsgrad der Energieumwandlung beträchtlich su verbessern, und sie ermöglichen im allgemeinen nicht einmal die maximale Ausnutzung der Möglichkeiten der inergieumwandlung. Beispielsweise ist in der US-PS 3 35S '!-51 ein System zur Umwandlung der Snerpie eines Flüssigkeitsstroms in mechanische ICiieiTcie annc^eben, wobei' durch Erhitzen' eines flüssigen Arbeitsmittels ein iiwoiphaaenstrom erzeugt wird, der beschleunigt und in die flüssige und die Dampfphase getrennt wird, worauf die kinetische Energie der flüssigen Phase in mechanische Arbeit umgewandelt, die Dampfphase zu Flüssigkeit kondensiert wird und die Flüssigkeitsströme vereinigt und dann wieder erhitzt werden. In diesem System wird jedoch die in dem Arbeitsmittel enthaltene Energie nicht so weit wie möglich in mechanische Arbeit umgewandelt, und es wird wertvolle Wärmeenergie nicht verwertet, sondern in einem Kondensator an ein Wärmeaustauschmittel abgegeben.

3 —

./Hi.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher

in der Schaffung eines zum Erzeugen mechanischer Energie geeigneten Systems, in dem der Energiegehalt eines Arbeitsmittels in höherem Maße zur Arbeitsleistung verwertet wird als dies bisher möglich war.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht

in der Schaffung eines Verfahrens zum Erzeugen mechanischer Energie ohne Verbrauch oder Verwertung von üblichen Brennstoffen.

Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines umweltfreundlichen Verfahrens zum Erzeugen mechanischer Energie.

3ine Aufgabe der Erfindung besteht außerdem in der Schaffung eines Verfahrens, das zum Erzeugen von mechanischer Energie aus i«ar me energie geeignet ist, die mindestens teilweise aus Umgebungsenergie gewonnen wird, die beispielsweise in der Atmosphäre, in Flüssen oder Heeren oder als Abwärme usw. vorhanden ist.

Sine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens bzw. Systems, das besonders zum Kühlen und Klimatisieren anwendbar ist und bei diesen Anwendungen den Energiebedarf stark herabsetzt.

Die Erfindung schafft ein kontinuierliches Verfahren und ein Kreisprozeßsystem sum Umwandeln von Wärmeenergie in mechanische Snergie, mit einem Verdampfer, der ein Energieumwandlungsrohr mit mindestens einer Düsenstrecke aufweist und dazu dient, einen Strom eines flüssigen Arbeitsmittels in einen Strom umzuwandeln, dessen Volumen zum größten Teil oder vollständig aus

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aus Dampf bestellt, wobei ferner eine mit dem Strom beaufschlagte Turbine vorgesehen ist, die einen Teil der Dampfstromenergie in mechanische Wellenantriebsenergie umwandelt, eine Einrichtung zum Erhöhen des Gehalts des von der Turbine abströmenden Arbeitsmittels an Wärmeenergie und potentieller Energie und zum Kondensieren des Arbeitsmittels zu einem im wesentlichen flüssigen Strom, sowie eine Einrichtung zum Zurückführen des flüssigen Stroms zu dem Verdampfer« Das System kann mit besonderem Vorteil auf übliche Kühl- oder Wärmepumpen-Kreisprozesse angewendet werden, in denen das übliche Drosselventil durch eine drosselungsfreie Düse und durch eine Turbine zur Aufnahme und Verwertung der Expansionsarbeit ersetzt wird. Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Energieumwandlungsrohre können auch zum Führen von Zweiphasenströmen mit großen Durchflußmengen verwendet werden, z_a B₀ bei Sicherheitsventilen von Drtickgef äßen_o

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile

des Erfindungsgegenstandes werden nachstehend an Hand der beigefügten Zeichnungen erläuterte In diesen zeigt

Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens und Systems gemäß der Erfindung bei Verwendung eines einzigen Arbeitsmittelstroms <,

Fig. 2 eine Ausführungsform eines in dem erfindungsgemäßen Systems verwendbaren Energieumwandlungsrohrs,

Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform eines in dem erfindungsgemäßen System verwendbaren Energieumwandlungsrohrs,

Fig. h schematisch die wesentlichen Elemente einer

üblichen mechanischen Kaltdampf-Kältemaschine,

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Fig. 5 in. einem Temperatur-Eritropie-Diagramm das

thermodynamische Verhalten der Kältemaschine gemäß Fig. k,

Fig. 6 schematisch die durch Hinzufügen einer Düse und einer Turbine gemäß der Erfindung abgeänderte KäJLtemaschine g-emüß Fig. 4 und

Fig. 7 i» einem Temperatur-Entropie-Diagramm das

tihermodynamische Verhalten der Kältemaschine «remäß Fig. 6.

Fig. 1 zeigt ein kontinuierlich arbeitendes Ijreisprozeßsystesi «um Umwandeln des Energiepotentials •ines entsprechend gewählten, unter Druck stehenden Arbeitsmittels in mechanische Vellenantriebsenergie, wobei in dem System verbrauchte Energie, einschließlich von We11enantriebsenergie, durch Wärmeenergie ersetzt wird, die einer zur Verfügung stehenden Wärmeenergiequelle entnommen wird, die beispielsweise von Radioisotopen, Kernreaktoren, Feuerungen (insbesondere Feuerungen zum Verbrennen von anderen als den üblichen Brennstoffen, z. B. Müllverbrennungsofen), oder Solarkonvertern gebildet sein kann oder von Umgebungsenergieträgern, sofern genügend Umgebungsenergie vorhanden ist (z. B. in der Atmosphäre, Flüssen, Meeren, als Abwärme usw.). Das dargestellte System arbeitet nur mit einem Arbeitsmittelstrom. Man kann zahlreiche Arbeitsmittel verwenden. Allgemein ist jede Flüssigkeit für die Verwendung geeignet, die in einem Kreisprozeß unter Arbeitsleistung expandieren kann. Dabei sind die Kochst- und die Mindestwerte für den Temperatur und den Druck in dem gewählten Kreisprozeß und die in diesem durchzuführende Verdampfung und Kondensation zu berücksichtigen. In einem System, das bei der normalen Umgebungstemperatur oder einer nur wenig höheren oder niedrigeren Temperatur arbeitet, verwendet man am

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besten niedrigsiedende Arbeitsmittel j, vorzugsweise Arbeitsmittels deren Siedepunkt beträchtlich unter dem Gefrier= punkt des Wassers liegt_o Beispiele derartiger Arbeitsmittel sind Kohlendioxid, Flüssigstickstoff und die Fluorkohlenstoffe_o Brauchbare Fluorkohlenstoffe sind beispielsxireise Difluormonoclilormethan, Pentafluormonochloräthan₉ Difluordichlormethan und deren azeotrope und sonstige Gemische β In bei höheren Temperaturen und höheren Drücken arbeitenden Systemen kann man als Arbeitsmittel Wasser oder andere bekannte Kühlmittel verwenden, zu denen auch Flüssigmetalle, wie Natrium, Kalium, Quecksilber und dergleichen, gehören_o

Erfindungsgemäß wird der Strom des Arbeitsmittels einer Einrichtung zugeführt, in dem die nichtkinetische Energie eines Stroms, d₀ h_o seine statische Druckcnergie, seine Wärmeenergie und/oder seine potentielle Energie, in kinetische oder G-eschwindigkeitsenergie umgewandelt wird. Diese Einrichtung wird nachstehend als Snergioumwandlungsrohr (EUR) bezeichnet_o In diesem EUR wird die Geschwindigkeit dos Stroms erhöht und werden fileic!.i2;e:ltif; der statische Druck und die Temperatur des Stroms beträchtlich herabgesetzt„ Bei sinkendem Druck wird ein Teil der in der Flüssigkeit enthaltenen Wärmeenergie freigesetzt und verdampft ein Teil der Flüssigkeit» Der dadurch erhaltene Strom hat ein größeres Dampf volumen«,

In einer bevorzugten Ausfülirungsform der

Erfindung besitzt das Energieumwandlungsrohr mindestens eine Düsenstrecke,, Je nach der Beschaffenheit des Systems, in dem das EUR verwendet wird, kann dieses zweckmäßig mehrere im Längsabstand voneinander angeordnete Düsenstrecken (siehe Fig. 2 und 3) besitzen, die durch mehrere

Rückgewinnungsstrecken miteinander verbunden sind. Das EUR kann beispielsweise eine einzige Düsenstrecke besitzen oder eine Düsenstrecke und eine Rückgewinnungsstrecke oder mehrere Düsenstrecken zwischen diesen angeordneten Rückgewinnungsstrecken. In einem aus mehreren Strecken bestehenden EUR tritt das Arbeitsmittel, das einen großen Gehalt an potentieller oder statischer Energie besitzt (unter einem hohen statischen Druck steht) und im wesentlichen gesättigt ist (dies wird nachstehend definiert) in die erste Düsenstrecke ein, in der das Arbeitsmittel in einen Strom oder Strahl umgewandelt wird, der eine hohe Geschwindigkeit und einen niedrigeren Druck hat und in dem Rohr axial strömt. Bei der Strömung des Arbeitsmittels durch die Düsenstrecke werden infolge des sich verengenden Strömungsquerschnitts die Geschwindigkeit und die kinetische Energie des Arbeitsmittels vergrößert. ¥ährend der Beschleunigung des Arbeitsmittels und des Sinkens seines statischen Druckes beginnt die gesättigte Flüssigkeit 211 vordanpfen, -wodurch, ein Toil ilu-ex· Y/ärnioenergie verbraucht wird. Infolgedessen hat der aus der Düsenstrecke austretende Strom ein größeres Volumen, einen höheren Gehalt an kinetischer Energie, einen niedrigeren statischen Druck, oine niedrigere Temperatur und einen höheren Dampfgehalt» Dabei wird eine flüssigkeit als "im wesentlichen gesättigt" bezeichnet, wenn sie entweder vollständig oder so weit gesättigt ist, daß sie unter den in der ersten Düsenstrecke vorhandenen Strömungsbedingunejen wenigstens teilweise verdampft. Besonders bevorzugt werden Bedingungen, unter denen die Flüssigkeit beim Eintritt in die erste Düsenstrecke und vorzugsweise auch beim Eintritt in jede folgende Düsenstrecke des SUR gesättigt ist.

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Das aus der Düsenstrecke aüstretende_t schnell strömende Arbeitsmittel,, das aus einer relativ schnell strömenden_ß flüssigen Phase und einer beträchtlich schneller strömenden Dampfphase besteht„ gelangt in eine Pump- und Rückgewinnung s tr ecke _p in der durch Umwandlung des Impulses der Dampfphase dio Geschwindigkeit _b die Temperatur und der statische Druck der flüscigen Phaso erhöht tferden_o Zu ?tiGs©in Zweck trird oin ffeil der kinetischen und der Wärmeenergie der Dampfphase an die flüssige Phase abgegeben_e die dadurch für den nächsten Expansionsvorgang in der nächsten Strecke regeniert t?irdo Es wird onge= aommen₉ daß in der Pump- und Rückgei-rLnnu&gostrecke dor relativ schnell strömende Dampf auf die relativ langsam strömende Flüssigkeit auftrifft und entsprechend der Impulserhaltung ein Impulsaustausch zwischen Flüssiglceit und Dampf stattfindet, wobei die Geschwindigkeit der Dampfphase vermindert wird_o Diese Herabsetzung der Geschwindigkeit wird von einem Anstieg des statischen Druckes (Verdichtung) begleitet, ohne daß dazu ein Aufwand von Fremdarbeit erforderlich ist_o Infolgedessen kondensiert mindestens ein Teil des Dampfes und wird die latente Kondensationswärme dieses kondensierten Teils an die flüssige Phase abgegebene Die resultierende Wirkung auf das strömende Arbeitsmittel besteht darin, daß die Gesciawindigkeit und die kinetische Energie der Flüssigkeit weiter zunehmen, daß ein Teil des Dampfes kondensiert, daß ein Teil des in der Düsenstrecke in kinetische Energie umgewandelten statischen Druckes zurückgewonnen und daß die Temperatur des Arbeitsmittels auf einen ¥ert erhöht wird, der höher ist als am Austritt der Düsenstrecke, aber niedriger als am Eintritt der Düsenstrecke. Infolgedessen kann die unter einem höheren statischen Druck und auf einer höheren Temperatur befindliche Flüssigkeit in der nächsten Düsenstrecke erneut einer Beschleunigung und

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.r:no.n.s5.on unt9r^T,;orfon TOr¹CCn. Iis '-/ird oai^eiioKimon ^ da.il dor -'ort schrei toric^:c Temperatur aus ti o··; der l?Iüssi{Tl-:oii; in der l'ii:v-p— und ^ück^ov^nnurvys strecke carauf zurückzuführen ist, daß die Flüssigkeit "!/ülireiid des ?uEpvor;;anges st ein el i ."y mit can etauaruci; con Ltauipfss boauf'sc'ila;t t/irci, Diöse; wiederholten Yerdar.ipfunrrs- und Zondensationsvor^än^e in de«! -inor^ieuirroandlun^srolir nabon sur Γοΐ-το, clai:· die Vordarnpi'ungsarbcit nickt; mehr oder veni^er eiiiksitlick in alle liiclitun^en wirkt, sondern sti^omabwärts zu den unter niedrifrerein Druck stohenöGii fdauni hin gelexud T-,^rird. Dadurcli vird die strömende Fiiissirfceit einer Fumpvxrlsuni^ unterworfen, so daß die aus dorn Ro2ir austretende Flüssxs— koit eine hohe Geschwirsdigrkeit tind damit einen großen i-TeJialt an kinetischer Jner™ie besitzt» Zs -yird anvoiionnnen, daß die Geschwindigkeit und der kinetische ?inerf;iei'jehalt der aus dem ilolir austretenden Flüssigkeit nöiier bsv_t größer ist, wenn das Kolrr nicht nur eine, sondern mehrere Düsenstreciccii besitzt. Bei dor Verwendun-τ von nie-irereii Düsenstrecksn kann inan forner nacii der ersten Düsenstrecke einen Teil des Gelialts des Dampfes an latenter und kinetischer Energie auf die Flüssigkeit zurückübertragen, in der die auf diese Weise übertragene Wärmeenergie
wiederverwendet und in !zusätzliche kinetische Energie umgewandelt werden kann. Bei Verwendung nur einer einzigen Düsenstrecke kann der latente Wärmeenergiegehalt des
Dampfes jedoch nur in geringerem Maße wiederverwendet werden, so daß mehr Wärmeenergie z. 3. in einem Kondensator an das Tvärr.ieaustauschmittel abgegeben werden muß, anstatt zur zusätzlichen Arbeitsleistung verwertet zu werden. Diese Rückgewinnung und Wiederverwendung der latenten Wärme wird als ein wichtiger Beitrag zu dem höheren
Wirkungsgrad angesehen, der mit dem erfindungsgemäßen System erzielt werden kann.

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!''if,·*, 2 seist ein mehrere Düsenstrecken besitzendes iOnergieumwandlungsroiir für Strömurigsgeschwiiidigkeiten im Unterschallbereicho Sin entsprechendes liohr :nit für Strömungsgeschwindigkeiten im Überschallbereich ausgebildeten Diisenstrechen lcann der Fachmann ohne weiteres schaffen. Das liohr 100 enthält mehrere in Abständen voneinander angeordnete düsenstrecken 102_s 104, 1O6₉ 108, die miteinander durch mehrere allgemein zylindrische rdückgewinnungsstrecken 110, 112, 1 1M- verbunden sind_o In der in Fijj-_O 3 gezeigten Ausführungsform besitzt das Snergieurnwandlungsrohr 200 mehrere sich in der Längsrichtung erweiternde Diffusorstrecken. 210, 212, 214 „ Im allgemeinen verwendet man als Sück^ewinnun^sstrecken vorzugsweise Diffusorstrecken, weil diese eine Regelung bewirken, die dazu beiträgt, daß verhindert wird, daß die statische Druckfront in dem Rohr an irgendeiner Stelle so niedrig wird, daß ein ?lüssigkeitströpfchen nicht stromabwärts, sondern radial expandiert_o

Sin weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß in dem linergieumwandlungsrohr auch Mittel sum Unterdrüclcen von metastabilen Strörnungsbedingungen in dem Iiohr besitzt„ Man kann zu diesem Zweck jede geeignete Einrichtung zum Unterdrücken von metastabilen Strörnungsbedingungen verwenden«, Beispielsweise kann man dem Strom des Arbeitsmittels einen zweiten Strom, ζ„ B_n einen Quocksilberstrom, hinzusetzen,, Man kann auch mechanische Kittel verwenden, κ. 3. stronungsu'-nlonizende Elemente, wie Schaufeln, die in dorn Strom des Arbeitsmittels angeordnet sind«, Zum Unterdrücken von metastabilen Strömungsbedingungen kann man auch nichtmechanisch^ Mittel, wie Schall oder Funkwellen anwenden_o lös wurde bereits gesagt, daß"es notwendig ist, die Verdampfung des Arbeitsmittels in einem SUR mit einer einzigen Düsenstrecke oder die aufeinanderfolgenden Verdampfungs- und Kondensations-

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BAD ORIGINAL

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vorgänge in einem SCR mit mehreren Jüson- bzv7. iiückge-•v/innungs strecken unter g-eregelten Bedingungen durchaufuhr en, so clai3 die Verdampfung des einem niedri geilen Druck ausgesetzten Arbeitsmittels innerhalb des .itili erfolgt, in dem die freigesetzte Wärmeenergie von der Flüssigkeit aufgenommen und in kinetische Energie umgewandelt werden kann. ¥enn die Verdampfung außerhalb des EUR erfolgt, wie dies der Fall sein könnte, wenn die tatsächliche Verdampfung erst nach dom Sinken des Druckes auf den für die Verdampfung erforderlichen Wert stattfindet, sind metastabile Strömungsbedinguniren vorhanden und wird die freigesetzte Wärmeenergie nicht mit gutem Wirkungsgrad in kinetische Energie des strömenden Arbeitsmittels umgewandelt. Eine ständige Unterdrückung von metastabilen Strömungsbedingungen ist daher selbst in einem EUIl mit nur einer einzigen Düsenstrecke ein sehr wichtiges Iloricnal der .Erfindung. Die gewünschte Pumpwirkung in dom !!ohr und die eriib'hte !btrüriungsgeschwindigkeit der flüssigkeit erhält man mit bestem Wirkungsgrad, wenn man im Abstand voneinander angeordnete Düsenstrecken verwendet, wobei der Druck in Hals jeder Düse niedriger ist als der Druck, im Hals jeder stromaufwärts davon angeordneten Düse, und für die Unterdrückung von metastabilen Strömungsbedingungen gesorgt wird, Wenn das 3UTl mit Strömungsgeschwindigkeiten im Unterschallbereich betrieben wird, muß der Strönran^squersclmitt jeder Düsenstrecke kleiner sein als der Strömungsquorschnitt jeder stromaufwärts davon an_: ^r:oorfi.noi?n Dilseristrocke. Bei Strömungsgeschwindigkeiten im Überschallbereich ist der Strömungsquerschnitt jeder Düsenstrecke größer als der Strömungsquerschnitt jeder stromaufwärts davon angeordneten Düsenstrecke.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 kann man jedes der vorstehend angegebenen Arbeitsmittel verwenden.

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Das in FIr₀ 1 ,"ezeiitG System arbeitet kontinuierlich in einem Kreisnrozeß. In der Beschreibunr wird ange-ηοκποη, daß der Eintritt des ISUR. 50 der Anfangspunkt dos Systems ist_o Das in das SUIi 50 eintretende Arbeitsmittel ist eine voi"z;u~sweise gesättigte Flüssigkeit, die hinsichtlich ihrer Temperaturen und Drücke einen .Jnthalpiegcnalt entspricht, der mindestens so groß ist wie der in dem System zu erwartende jßnergieverbrauch ₉ einschließlich, der abgegebenen Wellonantx^iebsenergieo Das λΐΐϋ.?. 50 ist ein normales Düsenrohr,, beispielsweise eins der vorstehend beschriebenen Siiergiemawandlun^srohre, Bei Durchtritt des Arbeitsmittels durch das 3UIi 50 wird der Gehalt des Arbeitsmittels an potentieller, statischer und ¥ärmoenergie 2um Teil in kinetische Jnex"gio umgewandelt und die Geschwindigkeit des Stroms beträchtlich erhöht, während sein statischer Druck und seine Temperatur beträchtlich verringert werden. Da die kinetische IDnergie eine Funktion sowohl der Hasse als auch der Geschwindigkeit ist, kann man durch Hinzufügen eines sweiten Stroms, z„ B₀ eines Quecksilberstroms, zn dem Strom des Arbeitsmittels die strömende Masse vergrößern und dadurch die Strömungsgeschwindigkeit herabsetzen;, ohne die kinetische Energie des Stroms zu vermindern,. Infolge des Hinzufügens des zweiten Stroms hat der Gesamtstrom eine geringere Strömungsgeschwindigkeit. Dagegen wird die kinetische Energie infolge der Vergrößerung der Masse im wesentlichen konstantgehalten_o Der zweite Strom trägt auch sur Unterdrückung von metastabilen Strömungsbedingungen in dem DUR beio In dem EUR 50 verdampft ein Teil der strömenden Flüssigkeit, so daß der zunächst im wesentlichen vollständig aus Flüssigkeit bestehende Strom in einen Strom umgewandelt wird₉ dessen Volumen zum größten Teil aus Dampf besteht_o

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Mit dem aus dem EUIt 50 mit relativ holier Geschwindigkeit austretenden Strom wird das Laufrad der Turbine 52 direkt beaufschlagt. In der Turbine wird ein Teil der kinetischen Energie des Arbeitsmittels in mechanische Energie zum Antrieb der Turbinenwelle umgewandelt. Gegebenenfalls kann man stromabwärts von dem EUR 50 und stromaufwärts von der Turbine 52 ein nicht gezeigtes Drosselventil einschalten, mit dem die in der Turbine umgewandelte Menge an kinetischer Energie gesteuert werden kann.

Das aus der Turbine austretende Arbeitsmittel ist verbraucht. Yenn in einem kontinuierlich arbeitenden Kreisprozeßsystem das verbrauchte Arbeitsmittel wiederverwendet werden soll, muß dessen Energiegehalt vergrößert werden. In einer Ausführungsform der Erfindung werden zu diesem Zweck die flüssige und die Dampfphase des aus der Turbine austretenden Arbeitsmittels voneinander getrennt, worauf der Gehalt jeder Phase an statischer Energie vergrößert wird und die beiden Phasen wieder miteinander vereinigt werden. Man kann die Trennung durch Schwerkrafttrennung vornehmen, beispielsweise indem die Leitungen $k und 56 zum Abziehen der flüssigen bzw. der Dampfphase vertikal übereinander angeordnet werden, wobei sich die Flüssigkeitsleitung 5h unter der Dampfleitung 56 befindet. Die Trennung von Dampf und Flüssigkeit wird ferner dadurch unterstützt, daß die Dampfleitung 56 im Durchmesser beträchtlich größer ist als die Flüssigkeitsleitung beispielsweise 10 mal so groß. Mit der von der Turbine 52 an ihre Welle abgegebenen Leistung werden eine Dampfverdichter oder eine Dampfpumpe 58 in der Leitung 60 sowie eine Flüssigkeitspumpe in der Leitung 5A angetrieben, so daß der statische Druck und

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und der Energiegehalt der Dampfphase und der flüssigen Phase vergrößert werden. Durch die Verdichtung des Dampfes in der Pumpe 58 wird die Dampftemperatur auf einen Wert erhöht, der beträchtlich über der Temperatur der Flüssigkeit liegt. Stromabwärts von den Pumpen 58 und 60 werden der Flüssigkeits- und der Dampfstrom wiedervereinigt. Die kalte Flüssigkeit nimmt von dem Dampf Wärme auf, beispielsweise indem der Dampf in der üblichen ¥eise einen dünnen Film der Flüssigkeit bestreicht, so daß der Dampf im we sentlichen sofort kondensiert und der Gesamtstrom am Eintritt in die ebenfalls über die Welle der Expansions-Kraftmaschine mit von dieser erzeugter Energie angetriebenen Pumpe 62 im wesentlichen nur aus Flüssigkeit besteht. Die Flüssigkeitspurapο Ö2 bringt den statischen Druck der Flüssigkeit auf einen so hohen Wert, daß die Flüssigkeit auch bei der Zuführung von Wärmeenergie in dem Absorber 6k nicht verdampft. Gleichzeitig vergrößert die Pumpe 62 den Snergiegehalt des Arbeitsmittels.

Die Pumpen 58, bO und 62 dienen ferner zum schnellen Abziehen des verbrauchten Arbeitsmittels von der Turbine. Dies ist notwendig, damit an der Turbine kein Gegendruck auftritt, der den Wirkungsgrad der Turbine beeinträchtigen lcönnte. Natürlich braucht man nicht wie in Fig. 2 drei Pumpen zu verwenden, sondern kann man die Pumpe 58-60 durcia eine einzige Kreiselpumpe ersetzen. Allgemein ist jede Pumpenanordnung verwendbar, welche die beiden Grundfunktionen der Pximpen 58, 60 und 62 ausüben, d. h. das verbraticlite Arbeitsmittel von der Turbine abziehen und den statischen Druck und den Energiegehalt des Arbeitsmittels erhöhen kann.

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Die aus der Pumpe 62 ausgetretene Flüssigkeit

wird durch, einen.Absorber 6k geführt, in welchem dem Arbeitsmittel Energie zugeführt wird, um den Energieverbrauch auszugleichen, der auf die Umwandlung von Energie in mechanische ¥ellenantriebsenergie in der Turbine 52 und auf die durch Reibungsverluste und andere thermcrdynamische Verluste an anderen Stellen des Systems bedingten Energieverluste zurückzuführen ist. Der Absorber 6k soll eine so große Länge oder eine so große Querschnittsfläche haben, daß er die Aufnahme einer vorherbestimmten Energiemenge ermöglicht. Zu diesem Zweck enthält der Absorber 6k eine nicht gezeigte Steuereinrichtung zur genauen Steuerung der aufgenommenen Energiemenge. Beim Durchtritt durch den Absorber 6k nimmt das Arbeitsmittel so viel Värmeenergie auf, daß es den gewünschten Energiegehalt hat. Die Temperatur des aus der Pumpe 62 austretenden Arbeitsmittols soll beträchtlich niedriger sein als die Temperatur der Wärmequelle, damit das Arbeitsmittel durch Aufnahme von Wärmeenergie von der Wärmequelle auf den gewünschten SnergiCfTehalt gebracht werden kann. Die dem Arbeitsmittel zugeführte Wärmeenergie muß zum Ersatz des Energieverbrauchs genügen, der auf die Umwandlung von Energie in der Turbine 52 in mechanische Wellenantriebsenergie, die niclit in den Pumpen 58, 60 und 62 in das Arbeitsmittel zurückgeführt wird, und auf Energieverluste zurückzuführen ist, die durch Reibungsverluste und andere thermodynamische Verluste an anderen Stellen des Systems bedingt sind. Unabhängig von der Art der verwendeten Wärmequelle muß diese Wärmeenergie an das System abgeben. Daher kann man die Wahl eines geeigneten Arbeitsmittels und der Druck- und Temperaturwerte für ein bestimmtes System erst vornehmen, nachdem die Wärmequelle gewählt worden ist und die Wärniebedingungen definiert worden sind. Das den

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Das den Absorber 64 verlassende Arbeitsmittel ist im wesentlichen gesättigt und enthält so viel Energie, daß der Kreisprozeß an der Eintrittsdüse 50 erneut beginnen kann. Zur Regelung der resultierenden Ausgangsleistung kann man dem Arbeitsmittel gegebenenfalls etwas Wärmeenergie zusetzen, ehe ihm statische Energie zugeführt wird.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben und werden die Betriebsbedingungen für ein System angegeben, bei den die Umgebungswärme bei Temperaturen im Bereich von 29 - 38 °C als Wärmequelle und das im Handel von der Firma E.I. du Pont de Nemours & Company, Inc. erhältliche Preon 22 als Arbeitsmittel verwendet wird.

Ausfuhrungsbei spiel

In dem in Fig. 1 dargestellten System wurde als Arbeitsmittel Freon (Difluormonochlormethan) verwendet. Nachstehend sind die Werte für den Energiegehalt des Arbeitsmittels an den angebeDenen Stellen des Systems sowie die dem System zugeführten Energiemengen (+) und die in dem System auftretenden Energieverluste (-) in Joule pro leg des Arbeitsmittels angegeben»

Am Eintritt des EXJR

Am Austritt des Absorbers

Es sei angenommen, daß das Arbeitsmittel eine Flüssigkeit mit nicht sehr hoher Viskosität ist, daß die gesamte in dem Arbeitsmittel enthaltene Energie potentielle Energie, d. h. statische und Wärmeenergie, ist (nachstehend mit PE bezeichnet) und das Arbeitsmittel keine kinetische Energie (nachstehend mit IiE bezeichnet)

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enthält» Dann ist

PE = 16IOO J/kg
KE = O

Am Austritt des EUR

Am Eintritt der Turbine

PS = 11300 j/kg
KE = ij-800 J/kg

Am Austritt der Turbine

Am Eintritt der Pumpen 58 und 6O

PE = I3OOO j/kg

Bei einem Turbinenwirkungsgrad von 67 fo beträgt die von dem Arbeitsmittel in der Turbine geleistete Arbeit 3200 J/kg. Im Absorber

Von der Wärmequelle abgegebene Wärmeenergie : + 2000 J/kg

Wie vorstehend angogeben wurde, kann man

die Temperatur des von der Turbine abströmenden Arbeitsmittels bestimmen, wenn die Temperatur der Wärmequelle bekannt und die gewünschte mechanische Ausgangsleistung der Turbine bestimmt worden ist. Auf Grund der Temperatur des von der Turbine abströmenden Arbeitsmittels kann man ein geeignetes Arbeitsmittel wählen und die Mindestwerte für den Betriebsdruck und die Betriebstemperatur bestimmen. Dabei kann das System zwar bei Temperaturen bzw. Drücken in einem beträchtlichen Bereich betrieben werden, doch haben die Betriebstemperaturen und Betriebsdrücke einen beträchtlichen Einfluß auf die Abmessungen und Kosten der Bestandteile des Systems. Je nach dem Verwendungszweck des Systems, z. B. zum Antrieb von Fahrzeugen, wobei es möglichst kleine Baumaße haben soll, oder als stationäre Kraftmaschine, beispielsweise im Privathaushalt,

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wobei die Baumaße nicht sehr kritisch sind, wird man die Auslegung des Systems wählen, wodurch dann auch die Bereiche der zulässigen Betriebstemperaturen und Betriebsdrücke festgelegt werden.

Ein großer Teil der üblichen Energiequellen wird zur Raumheizung und -kühlung verbraucht. Für diese Zwecke kann der Erfindungsgegenstand mit besonderem Vorteil angewendet werden. Bei den üblichen Verfahren zur Raumheizung und -Kühlung erzielt man den höchsten Wirkungsgrad, wenn man zum Kühlen eine übliche Klimaanlage mit Verdichter und zum Heizen das Gegenstück dazu, die Wärmepumpe, verwendet. Es ist durchaus nicht unüb.lich, daß die von einem derartigen System gelieferte Wärmeenergie mehr als das 2,5-fache der verbrauchten Wellenantriebsenergie beträgt. Dieser Prozoß ist im wesentlichen eine Umlzeiirunft· des üblichen Prozesses 3ur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie, weil mechanische Energie sugofülirt und Wärme abgegeben wird. Dor Prozeß ähnelt jedocli do;r. üblichen Prozeß zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanisc/io Energie insofern, als das Arbeitsmittel einen Sustand mit Iiohor Temperatur und großem Wärmeenorgiogehalt (T ) Lind einen Ztistand mit niedriger Temperatur und kleinem "wärme energiegohalt (T₀) annimmt. Zum Unterschied von den gewöhnlichen Prozeß zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie wird jedoch über die Welle keine Nutzleistung abgegeben, während das Arbeitsmittel zwischen T₁ und T₃ expandierte Erfindungsgemäß kann man den Wirkungsgrad des üblichen Kältemaschinen- und Wärmepumpenprozesses verbessern und den Energiebedarf des Prozesses herabsetzen. Dabei wird der Verbrauch an dem als Energieträger verwendeten Material beträchtlich vermindert, so daß auch die dem Benutzer entstehenden

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Gesamtkosten für die !Raumheizung und -kühlung vermindert werden,

Um die Bedeutung der Erfindung für kombinierte Kältemaschinen und Wärmepumpen verständlich zu machen, soll nachstehend kurz eine übliche Kaltdampf-Kältemaschine beschrieben werden. (Dagegen wird ihr zum Heizen dienendes Gegenstück, die Wärmepumpe, nicht beschrieben), Die Hauptteile einer derartigen Kältemaschine 300 sind in der Fig. k dargestellt. Zu ihnen gehören ein Verdichter 302, ein Kondensator 30^» ein Verdampfer 306 und ein Expansionsventil 308. Der Verdichter 302 saugt einen üblichen Kältemitteldampf an, der unter relativ niedrigem Druck steht. Infolgedessen werden der Druck und die Temperatur des Dampfes auf solche Werte erhöht, daß er in dorn Kondensator 304 Wärme an ein Kühlmittel abgeben kann. Im allgemeinen wird zu diesem Zweck dor Dampf in den Kompressor 302 überhitzt. Jn dom Kondensator 304 wird der überhitzte Dampf mit viasser oder Luft als Kühlmittel so abgekühlt, daß er in den Zustand einer gesättigten oder unterkühlten Flüssigkeit gelangt. Diese wird dom iqiansionsvontil 3O8 zugeführt und in diesem bei im wesentlichen konstanter Enthalpie auf den Verdampferdruck gedrosselt, wodurch die Süttigungstemperatur der Flüssigkeit herabgesetzt wird. Gleichzeitig findet eine unvermeidbare Schnellverdampfung eines Teils der flüssigkeit statt, so daß der aus dem Ventil austretende Strom nicht vollständig aus Flüssigkeit besteht. Diese Schnellverdampfung ist eine unerwünschte Begleiterscheinung der Expansion, weil der durch die Schnellverdampfung gebildete Dampf bereits ¥ärmo absorbiert hat und als Kältemittel in dem Verdampfer praktisch nutzlos ist. Man kann das Flüssigkeits-Dampf-Gemisch direkt dem Ver-

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dämpfer 3O6 zuführen oder in manchen Fällen auch den Dampf abblasen, um die Strömungsbelastung des Verdampfers zu vermindern. In beiden Fällen wird dem Verdampfer (oder einem zu kühlenden Raum) ein Kältemittel unter relativ niedrigem Druck zugeführt. In dem Verdampfer 306 absorbiert die Flüssigkeit Wärme aus dem zu kühlenden Raum und verdampft die Flüssigkeit, wobei Sattdampf oder überhitzter Dampf gebildet wird, der dann in dem nächsten Kreisprozeß dem Verdichter 302 zugeführt wird.

In Fig. 5 sind die thermodynamisehen

Bedingungen für einen als ideal angenommenen, grundlegenden Kaltdampf-Kälteerzeugungsprozeß in einem Temperatur-Entropie -Diagramm dargestellt. Natürlich kann man den in Fig· 5 dargestellten, idealen Kälteerzeugungsprozeß in dor Präzis nicht erzielen, doch ermöglicht die Annahme eines . idealen Prozesses die Festlegung von optimalen Betriebsgrößen für den Vergleich mit praktisch ausgeführten Systemen, In dem idealen Prozeß finden vier thermodynamische Vorgänge statt, die den an Hand der Fig. h erläuterten Vorgängen entsprechen. So wird bei a vorhandenes, flüssiges Kältemittel entlang der Strecke ab einer Expansion und damit einer isentropen Veränderung unterworfen und dadurch in ein Flüssigkeits-Dampf-Gemisch umgewandelt. Längs der Strecke bc wird dem Kältemittel isotherm Wärme zugeführt, so daß eine gewünschte Kühlung bewirkt wird. Der Punkt c gilt für den Fall einer trockenen Verdichtung, d. h. einer Verdichtung, bei welcher der Verdichter trockenen oder etwasüberhitzten Dampf ansaugt. Längs der Strecke cd wird der Dampf isentrop auf einen Druck verdichtet, der so hoch ist, daß er in dem Kondensator längs der Strecke dea Wärme abgeben kann. Zunächst wird längs der Strecke de Überhitzungswärme und dann längs

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der Strecke ea Verdampfungswärme. zugeführt. Es ist angenommen, daß in diesem idealisierten Prozeß die Wärmeaufnahme in dem Verdampfer bc und die Wärmeabgabe in dem Kondensator dea unter konstantem Druck erfolgen.

Die dem System im Zustand T₁ zugeführte

Wärmemenge Q₁ stellt ein Haß für die Kälteleistungsziffer des Kälteerzeugungsprozesses dar und ist in Fig. 5 durch die Fläche bczy dargestellt. Die im Zustand T„ abgegebene Wärmemenge Q„ ist durch die Fläche deayz dargestellt. Man kann daher die unter Verwendung einer externen Energiequelle erforderliche Fremdarbeit AJ, die durch die Fläche deabc dargestellt ist, durch folgende Gleichung ausdrücken:

A₅, - - (Q₁ - Q₂)

In einer üblichen Kalternaschine wird diese Arbeit vollständig von den Verdichter auf Grund der ihm zugeführten LSnorgie geleistet.

Als Kälteleistungsziffer ICLZ einer Kältemaschine bezeichnet nan das Verhältnis dor erzeugten Kalt einenge zu der zu ihrer Erzeugung erforderlichen Arbeit:

Für einen idealisierten Kälteerzeugungs prozeß kann man schreiben:

KLZ =

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In der Praxis kann man natürlich keinen

idealen Kälteprozeß erzielen und leistet das Expansionsoder Drosselventil weder Nutzarbeit noch kann es seine Funktion ausüben, ohne daß über die Wände des Rohrs oder des Ventils Wärme aufgenommen oder abgegeben wird. Die Die Funktion eines praktisch ausgeführten Drosselventils ist daher in Fig. 5 besser durch die gestrichelte Linie af dargestellt. Da die von dem System erzeugte Kältemenge für den Fall eines idealen Prozesses durch die Fläche bczy und im Falle der Drosselung durch die Fläche fczx dargestellt ist, stellt die Fläche bfxy den Verlust an Nutzkälte gegenüber dem idealen Prozeß dar.

Ein idealisierter Drosselvorgang, der bei

konstanter Enthalpie, d. h. adiabatisch ohne Arbeitsleistung durchgeführt wird, hat bekanntlich den Nachteil, daß er nicht die Möglichkeit ausnutzt, aus dem expandierenden Kältemittel mindestens einen Teil der Verdichtungsarbeit wieder zurückzugewinnen. Wenn man beispielsweise anstelle eines Drosselventils eine Sxpansions-Kraftmaschine verwenden würde, wie dies vorgeschlagen worden ist (siehe Kac-intire und Mitarbeiter: !Refrigeration Engineering, 2. Auflage) und annolunen würde, daß der Druck in der Expansions-Kraf tmasciiine isentrop abfällt, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, könnte man theoretisch einen beträchtlichen Teil der von den expandierenden Kältemittel geleisteten Arbeit zum Antrieb des Verdichters verwenden. Für diese !Rückgewinnung von Arbeit muß natürlich der Aufwand für die Expansions-Kraftmaschine in Kauf genommen werden. Vom Gesichtspunkt der Energieeinsparung ist jedoch der Ersatz eines Drosselventils durch eine Expansions-Kraftmaschine eine brauchbare Maßnahme zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Prozesses bzw_o zur

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Erhöhung der Kälteleistungsziffer KLZ. Dies ist offenbar schon seit vielen Jahren erkannt worden, doch ist bisher anscheinend noch keine mit hohem ¥irkungsgrad und hoher Ifirtschaftlichkeit arbeitende Kältemaschine auf Grund dieser theoretischen Möglichkeit entwickelt worden.

Man hat natürlich schon versucht, mit einer Expansions-Kraftmaschine bzw. -Turbine zu arbeiten (US-PS 1 575 819 - Carrier; und US-PS 2 519 010 - Zearfoss.) Die in diesen Patentschriften beschriebenen Systeme sind jedoch ebenso wie alle anderen bisher vorgeschlagenen Systeme nicht frei von den Nachteilen der Drosselung, sondern nutzen nur die Tatsache aus, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsmittels durch die Drosselung erhöht wird. Zu diesem Zweck wird in dem Strömungsweg· des Arbeitsmittels eine Turbine eingeschaltet, in der ein. Teil der leine ti seilen Sxiorgio dos Arbeitsmittels in mechanische Energie umgewandelt wird, die mindestens theoretisch für den .iotriob des Systems verwendet werden lcann_o Dabei ist aber die zur Arbeitsleistung befähigte Nutzeiiergio, die in dem aus einer Drosseleinrichtung austretenden und einer Turbine zügeführten Arbeitsmittel enthalten ist und in der Turbine zur Arbeitsleistung herangezogen wird, nur sohr gering, so daß die auf diese iieise geleistete Arbeit höchstens 3o ->dor Arbeit beträgt, die theoretisch zurückgewonnen werden kann. Die tatsächlich zurückgewonnene Arbeit ist bestimmt nicht so groß, daß der durch die Turbine zusätzlich bedingte Aufwand während einer angemessenen Gebrauchsdauer des Geräts durch dio eingesparte Energie amortisiert T/erden könnte.

In Fig. 6 ist eine erfindungsgemäß modifizierte Kaltdampf-Kältemaschine üblicher Art dargestellt. Das

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Drosselventil ist durch eine beschleunigend wirkende Düse 320 und eine Turbine 322 ersetzt worden. Die Düse 320 vergrößert die kinetische Energie oder Geschwindigkeit des Kältemittels und bewirkt, daß mit diesem Kältemittel eine entsprechend ausgebildete Turbine 322 beaufschlagt wird, in der das Kältemittel ebenso wie in dem Drosselventil unter Abkühlung expandiert. Von den bekannten Systemen unterscheidet sich das vorliegende dadurch, daß absichtlich nicht gedrosselt und daß anstelle einer adiabatischen Expansion bei konstanter Enthalpie eine Expansion herbeigeführt wird, die im wesentlichen oder wenigstens annähernd isöntrop ist. Zur Expansion eines Fluids in einer Düse wird der Strömungsquerschnitt in längs der Düse stetig verändert, so daß auch der Druck und die Geschwindigkeit des Fluids verändert x-zerdon. Bein Durcl?.tritt durch die Düse hat das Fluid daher am Düsenaustritt die höchste Geschwindigkeit und die kleinste !Siitnalpie. ¥eixn die Schallgeschwindigkeit auch örtlich nicht erreicht wird, kann eine Drosselung vermieden werden. Dagegen tritt am Austritt von Kapillarroiiren gewöhnlich eine Drosselung auf. Es hat sich gezeigt, daß bei gleichen Durchflußmengen und gleichen Eintrittsbedingungen der Zweiphasenstrom vor dem Austritt aus der Düse eine niedrigere Temperatur und eine höhere Geschwindigkeit hat als beim Austritt aus einem Kapillarrohr. ¥enn man den Strom zur Arbeitsleistung heranzieht, beispielsweise in einer Turbine, kann man die Kälteleistungsziffer daher durch die Verwendung einer Düse stärker erhöhen als durch die Verwendung eines Kapillarrohrs. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann man einen viel größeren Anteil der Expansionsarbeit vorteilhafterweise dazu verwenden, die für den Betrieb des Verdichters und von Gebläsen und

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BAD ORSQiNAL

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Pumpen erforderliche Fremdarbeit herabzusetzen. Da in dem vorliegenden System so viel mehr Nutzarbeit zurückgewonnen werden kann als in den bekannten Systemen, wird angenommen, daß das vorliegende System insofern wirtschaftlich ist, als der Kapitalaufwand innerhalb relativ kurzer Zeit durch die Energieeinsparung· amortisiert wird.

Könnte man die Expansions-Kraftmaschine bzw. -Turbine tatsächlich isentrop betreiben, dann würde die gestrichelte Linie ab in Fig. 7 die Expansionsstrecke des Kältemittels zwischen Kondensator und Verdampfer darstellen. In der Praxis kann jedoch infolge, der Turbinenverluste und anderer Einflüsse ein isentroper Betrieb nicht erzielt werden, so daß die Expansion in einer Turbine mit einem Wirkungsgrad unter 100 Ji realistischer durch die Linie ag dargestellt wird« Die in diesem Prozeß erzeugte Kältenenge wird durcli die Fläche gczw dargestellt« Da bei Verwendung einer Düse und einer Turbine eine größere Kälteraenge Q₁ erzeugt wird als bei der Verwendung eines Drosselventils (Fläche fczx) und da weniger Fremdarbeit A^ erforderlich ist, wird eine höhere Kälteleistungsziffer

KLZ = ~

erhalten. In der Fig. h ist durch die Fläche gfzw die durch die Verwendung einer Düse und einer Turbine anstelle eines Drosselventils bedingte Vermehrung der erzeugten Kältemenge dargestellt.

In einem praktischen Ausführungsbeispiel

wurde in einer mechanischen Kaltdampf-Kältemaschine als Kältemittel ein handelsüblicher Fluorkohlenstoff verwendet,

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der in flüssiger Form bei 4°C in den Verdampfer eintrat und in flüssiger Form in dem Kondensator bei einer Temperatur von 71°C vorlag« Bei einem Gesamtwirkungsgrad der Turbine und des Verdichters von jeweils 80 ^c/o kann man für den Fall der Verwendung eines Drosselventils die Kälteleistungsziffer mit IiLZ = 2,26 berechnen_o Wenn man dagegen gemäß der Erfindung das Drosselventil durch, eine Düse und eine Turbine ersetzt, kann man eine Kälteleistungsziffor KLZ von 3,o4 berechnen, was eine Verbesserung von etwa 3h yo bedeutete

3s wird angenommen, daß bei angenommenen

Gerätewirlcungsgraden von 80 yo ein Verlust von etwa 3h ρ der für den Betrieb der bekannten Kaltdampf«Kältemaschinen theoretisch erforderlichen Fremdarbeit darauf zurückzuführen ist, daß ein Drosselventil nicht imstande ist₉ aus einen Fluid Verdichtungsarbeit zurückzugewinnen und der Verwertung suzufüliren, "Wenn man für die Düse und die Turbine einon realistischeren Gcsamtwirkimgsgrad von durchs chili tt lieh etwa h~. \i antiimnt, was don experimentell bereits erhielten iierten entspricht, kann man annehmen, daß etwa 2o \j dor für de-i Betrieb dor iZaltda: !r>f-Kältoniasciu.no trcoretisch crforclorlicj.on -?randarboit aus der.', expandierend on Kältemittel nurücI-.'Tov/onnon word on können, wenn man anstelle oinon Drossolvonxlls οinο Düse und Turbine verwendete Angesichts der vielen I-Iilliardon Hark, die jährlich für Energieträger für Raumheizung und -külilung ausgegeben werden, bedeutet diese Einsparung von 20 ·,& fü'r das Bundesgebiet einen ganz beträchtlichen Betrag₀ Auch die auf den einzelnen _Dnorf;iaverbraucher entfallende .üins'Jarunr ist beträciitlicho Der Kapitalaufwand für eine .';o!r.äß der Erfindung mit cinor Düse und Turbine versehene Anlage üblicher Art Mit einer lialtdampf-rltlltcmaschine bzw_o Wärmepumpe kann

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zwar um bis zu 1O,j höher sein als bei den- derzeit üblichen Anlagen, doch wird dieser zusätzliche Aufwand durch die zu erwartende Bnergieeinsparung in weniger als zwei Jahren amortisiert.

lian erkennt daher, daß ausgezeichnete Ergebnisse erzielt werden, wenn man eine drosselungsfreie Düse verwendet oder wenigstens eine Düse, die unter gegebenen Ausgangsbedingungen des Arbeitsmittels trots einer möglichen Drosselung eine Rückgewinnung von rael:.r Arbeit ermöglicht als ein Kapillarrohr oder eine ähnliche Druckmindereinriclitung, Lind wenn man die Düso und das Gesamtsystem so auslegt, daß anstelle eines enthalpiekonstanten Betriebes oin annähernd isentroper Betrieb erhalten wird. Das System arbeitet mit Betriebsgrößen, bei denen der Druck in der IJäiie des Sättircungsvortes bleibt, und der Druck des Arbeitsinit fcols Tjird unter Durclv-ang durcli don Sättigungsdruck des Arbeitsmittels erhöht und vermindert. Das Arbeitsmittel kann weikrend !cursor Zeiträume in plrysikalisehen Zuständen vorliegen, clio ilen ,jeweiligen Sättigungsbedingungen nicke entsprechen, 2. B. kann es vorkommen, daß oirie x-Müssigkoit iiic'.,'.t sofort verdampft, wenn der Druck unter den Sät fcigiinrswcrt sinkt, uioso und andere Einflüsse !■.öimeii zu actastabilor. Jediiir.xmgon und damit zu einen unregGlnaiLiiVGii und uner^riiiiseilten Strönrnngsverhaltoii des Arbeitsmittels !'türen, Dsispiolsueiso kann es vorkommen, daß eine Flüssigkeit nicht stromabwärts, sondern radial expandiert oder eine Fhasenveränderung zu einer Volumenvergrößerung und dadurcli zu einer Verkleinerung des wirksamen Strömungsquerschnitts führt. Jede derartige durch die Ausbildung des EUR bedingte Abweichung von dem erwünschten Betriebsverhalten vermindert die Rückgewinnung von Arbeit aus dem System und damit dessen Brauch-

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barkeit. Dalier sollen insbesondere metastabile
Strömungsbedingungen vermieden werden_o Vorstehend
•wurden dalier Mittel und Maßnahmen zur Aufheben von
metastabilen Strömungsbedingungen in dem EUR beschriebene

Eine weitere Anwendung der vorliegenden
Erfindung betrifft die Verx^endung des EIIR zur Durchflußregelung in Sicherheitsventilen, von Fluidbehältern_o Diese Anwendung muß nicht unbedingt zu Energieeinsparungen führen, Eisenbahn-Tankwagen für den Transport von
gefährlichen Substanzen,, wie Propan,, Butadien^ AmIUOnIaIc₅ Äthylen^ Vinylchlorid und dergleichen^ sind mit Sicher«= heitsventilen versehen,, die eine Einrichtung sum Anzeigen eines Überdruckes in dem Tank und eine Einrichtung besitzen, die auf Grund einer Überdruckanzeige das Ventil automatisch öffnet, so daß der Tankinhalt in einen
Bereich austreten kann, der unter einem niedrigeren Druck steht, gewöhnlich in die Umgebung« Diese Ventile sollen offnen, wenn der Druck in dem geschlossenen Tank des Tankwagens einen vorherbestimmten Wort erreicht} der noch
unter dem Berstdruck des Tanks liegte Eine Untersuchung der Ursachen von Tankwagenunfallen hat ergeben, daß die dex-zeit verwendeten Sicherheitsventile für ihre Aufgabe ungeeignet sind, weil sie dem Auftreten von zwei Phasen nicht gewachsen sind. Diese zwei Phasen treten auf ₉ wenn nach einem Tankwagenunfall der Tankinhalt heftig kocht« Diese Unfähigkeit der Sicherheitsventile von Tankwagen
zur wirksamen Abgabe von Zweiphasenströmen mit großen
Durchflußmengen und die Tatsache, daß diese Sicherheitsventile im allgemeinen zu klein bemessen sind, hat zu
schwex-wiegenden Problemen geführt» Erfindungsgemäß besitzt nun ein Sicherheitsventil für einen Tankwagen ein EUR,
welches den Tankwagen mit dem Umgebungsbereich verbindet₉

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kv-

in den der Tankiniialt bei offenem Siciierheitsventil abgegeben werden soll. Ein derartiges Sicherheitsventil ermöglicht im οίΎοιίΰ,α Zustand oine Abgabe von großen Volumina von Zweiphasenströmen unter vorherbestimmbaren Bedingungen. Ein in der vorstehend beschriebenen ¥eise mit Mitteln zum Unterdrücken von metastabilen Strömungsbedingungen vorgesehenes äUR kann in Sicherheitsventilen mit besonders großem Vorteil verwendet werden. Ein derartiges Sicherheitsventil soll für eine maximale Energieabfuhr und eine Abgabe von Fluid box hoher Strömungsgeschwindigkeit und großer Durciiflußmenge sorgen. Daher ist es bei dieser Anwendung des EUR noch wichtiger als beispielsweise in Kältemaschinen, daß keine unregelmäßigen Strömungsbedingungen auftreten, welche die Erfüllung dieser Forderungen beeinträchtigen können. Insbesondere dürfen metastabile Strömungsbedingungen nicht dazu führen, daß anstelle einer stromabwärts gerichteten eine radiale Expansion stattfindet und daß der wirksame Strömungsquerschnitt verkleinert wird. Bei der Auslegung des EUR ist daher sein Verwendungszweck genau zu beachten.

Vorstehend wurden Ausführungsbeispiele der

Erfindung beschrieben, die jedoch im Rahmen des Erfindungsgedankens vom Fachmann abgeändert werden können.

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Claims

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Patentansprüche;

(ή. ivOxitiiiiiiorlicIiSG v^ror,.-i"aⁱ.ⁱ.i?on nur bnvaiirilunf; voi\ ;;ärme-

ciior.'.'ic in nieclianiseize Energie, dadurcli gekennzeichnet, (a) daß ein Strom eines Arbeitsmittels erzeugt -wird, das aic"i in. eine:-/· Sustand oinor ir.: wesentlichen r-Goättir-toii -?lüssi'koit befindet und "wärmeenergie lind statische .-iiier.'";ie in einer vorherbestimmten i· ciif-o enthält,
(b ) daß mindestens ο in Tail der genaniicon . "ner--;io des Ai-boitsmittelstroric in kinetische J.no?:riG umgewandelt und dadurch ein otrorn 3rsou"t wird, der eine holie Gescliwindi.'.'lcoi fc und eine niedrigere Ter.iporatur besitzt und unter oinom --₍-^:.ο;ί·"Ί.·-^^·-τ) r. .:α'1''.;r-cl:.oii .jn.viok ^r;i:oht_f woi;ei das Arbeitsmittel unter diesem niedrigeren Druck zum Teil verdainD±"t und dadurcii in dom Strom dos Arbeitsmittels eine liainpi¹ niiase f_::eoildot wird, (¹U₀) dal-¹, nin Teil des Impulses und der ¥ärmeener"is dor UanroiftKiaso an die flüss:L-;o I'hase ü'.)Grtra"en und daclurc": die iJanrnfniaaso verdichtet wird und Kur-t Teil Izonclonsiort und dabei einen Teil ifirer Kondonsations-T/ärmo a:i die flüssige Pliass abgibt, so daß deren Geschwindigkeit, statischer Druck und Temperatur oriiöi?.t word on,

(c) daß aus dem ZwoioJiasenstx-oin Jner^ie gewonnen ;and in 'iellenantriebsarboit umtrcwandelt wird,

(d) daß dorn .-enannten Strom so viel statische Jner_:~ie su- ^ofülirt wird, daß der größte Teil des Volumens der Dampfphase des Stroms kondensiert und dom Strom ohne Verdampfung von Flüssigkeit mindestens die für den nächsten Kreisprozeß erforderliche TJa.rmeonei-.~ie zugeführt werden kann,

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■a-

(e) daß der Strom einem ¥ärmeaustausch mit einer Uärmeener^ioquelle unterworfen wird und dadurch, von dieser Wärmeenergie aufnimmt, und

(f) daß die Verfahrensschritte (b) bis (f) wiedex-holt werden.

2. Verfahren nach Einspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom in die flüssige und die Dampfphase getollt wird, bevor ihm mindestens ein Teil der statischen Energie zugeführt wird.

j. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ^kennzeichnet, daß die abfeirennto Dampfphase verdichtet wird, daß der statische Druck dor ab~otrennten flüssigen Phase erhöht wird, daß dio Dampfphase und die flüssige Phase vermischt werden, wobei dor Dampf in der Flüssigkeit kondensiert, daß der statische Druck der durch die Vermischung der beiden Phasen erhaltenen flüssigkeit so stark erhöht wird, daß ihr die erf orderlicns Iv ami em en-τ a zugeführt worden kann, und daß die unter erhöhten: Druck stehende Flüssigkeit dem t/ärrnetausch mit der '!,'arneensrgieauelle unterworfen wird.

I. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch, ,^ekennzeichnet, daß als viärmesnerrie ein Urü^G'ran-saiTQrnisträ.jrer verwendet wird.

'-.. Vorfahren nach Anspruch ^! , dadurch -Gkennseichnet, daß die Atmosphäre oder wasser oder Abwarmeträg-cr als Umgebungsener^ieträger verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umwandeln des genannten Teils der Energie des Arbeitsmittelstroms in kinetische Jnergie das Arbeitsmittel im Zustand einer im wesentlichen gesättigten Flüssigkeit durch mindestens einen vercington Strömungsquerschnitt geführt wird.

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7. Vorfahren nach Anspruch 6, dadurcli gekemselehnet, daß dor Arbeitsmittelstrom durch mehrere verengte Sti-omungsquerschnitte geführt wird, wobei dei- statische Druck des Arbeitsmittels in jedem dieser verengten Strömungsquerschnitto niedriger ist als in den stromaufwärts davon gelegenen verengten Strönungsquerschnitten.

δ. Vorfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeicimst, daß die verengten ütröraunrsquersclniitts in der Gtrönungsrichtung im Abstand voneinander angeordnet sind.

9. VerfaJiren nach Anspruch 6, dadurch gekennseichnet, daß das Arbeitsmittel durch mehrere sich in Ströniungsrichtung verengende Strecken und zwischen diesen angeordnete, sich Strömuiigsriclitung erweiternde Strecken geführt wird und der statische Druck in jeder dieser sich verengenden bzw. erweiternden Sti-ecken niedriger ist als in den stromaufwärts davon gelegenen, sich verengenden bzw. erweiternden Strecken.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Unterdrücken von metastabilen Strömungsbedingungen in dem verengten Strömungsquerschnitt die Strömung in diesem ge st öi-1 wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Unterdrücken von metastabilen Strömungsbedingungen in den verengten Strömungsquerschnitten die Strömung in diesen gestört wird.

12. VerfaJiren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Stören und Verlangsamen der Strömung des Arbeitsmittel-Stroms diesem ein zweiter Fluidstrom zugeführt wird.

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13· Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Stören der Strömung des Arbeitsmittelstromes dieser der Einwirkung von mechanischen Mitteln unterworfen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Stören der Strömung des Arbeitsmittelstroms auf diesen Wellenenergie zur Einwirkung gebracht wird,

15· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Zuführung von statischer Energie im Schritt (d) der statische Enorgiegehalt des Arbeitsmittelstroms mindestens auf die gemäß Schritt (a) vorherbestimmte Menge vergrößert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlendioxid, Flüssigstickstoff oder ein Fluorkohlenstoff als Arbeitsmittel verwendet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß Difluormonochlormethan, Pentafluormonochloräthan, Difluordichlormethan oder ein Gemisch derselben als Arbeitsmittel verwendet wird.

18. Heiz- oder Kühlverfahren, in dem ein dampfförmiges Kältemittel verdichtet und kondensiert und der dabei erhaltene Kältemittelstrom zur Herabsetzung seiner Sättigungstemperatur und seines Sättigungsdruckes einer Expansion unterworfen und der expandierte Kältemittelstrom einem Wärmeaustausch mit einer Wärmeenergiequelle unterworfen und dadurch mindestens teilweise verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelstrom zu seiner Expansion

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im wesentlichen drosselungsfrei durch mindestens einen verengten Strömungsquerschnitt geführt und dadurch die kinetische Energie des Kältemittelstroms erhöht wird und daß die kinetische Energie des expandierten Kältemittelstroms danach in Wellenanstriebsarbeit umgewandelt xvird.

19· Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kältemittelstrom vor seiner Expansion im Zustand einer im wesentlichen gesättigten Flüssigkeit befindet.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umwandeln der kinetischen Energie in Wellenantriebsarbeit der expandierte Kältemittelstrom durch eine Expansions-Kraftmaschine geführt wird.

21· Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zum Unterdrücken von metastabilen Strömungsbedingungen in dem verengten Strömungsquerschnitt die Strömung in diesem gestört wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß

zum Stören der Strömung in dem verengten Strömungsquerschnitt mechanische Mittel in diesem zur Wirkung gebracht werden.

23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zum Stören der Strömung in dem verengten Strömungsquerschnitt in diesem Wellenenergie auf den Kältemittelstrom zur Einwirkung gebracht wird»

2k, Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zum Stören der Strömung des Kältemittelstroms diesem ein zweiter Fluidstrom zugeführt wird«

~* 35 ⁼

25. Verfahren nach. Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kältemittelstrom durch mehrere verengte Strömungsquerschnitte geführt wird, wobei der statische Druck des Kältemittels in jedem dieser verengten Strömungsquerschnitte niedriger ist als in den stromaufwärts davon gelegenen verengten Strömungsquerschnitten.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die verengten Strömungsquerschnitte in der Strömungsrichtung im Abstand voneinander angeordnet sind.

27· Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel durch mehrere sich in Strömungsrichtung verengende Strecken und zwischen diesen angeordnet, sich Strömungsrichtung erweiternde Strecken geführt wird und der statische Druck in jeder dieser sich verengenden bzw. erweiternden Strecken niedriger ist als in den stromaufwärts davon gelegenen, sich verengenden bzw. erweiternden Strecken.

28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß zum Unterdrücken von metastabilen Strömungsbedingungen in dem verengten Strömungsquerschnitt die Strömung in diesem -restort wird.

29. Verfaliren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet,

daß zum Stören der Strömung des Kältemittelstroms dieser der läinwirkung mechanischer Mittel unterworfen wird.

30. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß zum Stören del- Strömung des Kaltemitteistroms auf diesen Wellenenergie zur Einwirkung gebracht wird.

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31. Verfahren nach Anspruch 28, daß zum Stören der Strömung des Kältemittelstroms diesem ein zweiter Fluidstrom zugeführt wird.

32. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kältemittelstrom zu seiner Expansion durch mehrere verengte Strömungsquerschnitte geführt wird, die in der Strömungsrichtung im Abstand voneinander angeordnet sind, daß zum Unterdrücken von metastabilen Strömungsbedingungen in den verengten Strömungsquerschnitten die Strömung in diesen gestört wird und daß der expandierte Kältemittelstrom zur Umwandlung der kinetischen Energie in Wellenantriebsarbeit durch eine Expansions-Kraftmaschine geführt wird.

33· Dampfbetriebenes mechanisches Heiz- oder Kühlsystem zur Durchführung eines Kreisprozesses mit einem Verdichter zum SrhöJien der Temperatur und des Druckes eines Stroms eines dampfförmigen Kältemittels, einem Kondensator zum Kühlen des Stroms des dampfförmigen Kältemittels in den Zustand einer im wesentlichen gesättigten Flüssigkeit, einer Expansionseinrichtung zum Expandieren des Stroms des flüssigen Kältemittels unter Herabsetzungseiner Sättigungstemperatur und seines Sättigungsdruckes und einem Verdampfer zur Durchführung eines Wärmeaustausche zwischen einer ¥ärmeenergiequelle und dem expandierten Strom, so daß dieser mindestens teilweise verdampft, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionseinrichtung eine Energieumwandlungseinrichtung mit mindestens einer im wesentlichen drosselungsfreien Düsenstrecke besitzt, die dazu dient, die kinetische Energie des Kältemittelstroms zu erhöhen, sowie eine Expansions-Kraftmaschine.zum Umwandeln der kinetischen Energie des Kältemittelstroms in Wellenantriebsarbeit.

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3k, System nach Anspruch. 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenstrecke einen verengten Strömungsquerschnitt aufweist.

35. System nach. Anspruch 33, gekennzeichnet durch eine Störeinriclitung zum Unterdrücken von metastabilen Strömungsbedingungen in der Energieumwandlungseinrichtung.

36. System nach Anspruch 35» gekennzeichnet durch im Strömungsweg des Kältemittels angeordnete mechanische Einrichtung zum Stören der Strömung.

37· System nach Anspruch 35» gekennzeichnet durch Mittel zum Beaufschlagen des Kältemittelstroms mit Yolloiienergie.

3Ö. S3^rsteni nach Anspruch 35» gekennzeichnet durch, eine Einrichtung zum Zuführen eines zweiten Fluidstroms zu dem Kältemittelstrom.

39. System nach Anspruch 33» dadurch gekennzeichnet, daß die iCnergieumwandlungseinrichtung mehrere im Abstand voneinander angeordnete Düsonstrecken besitzt.

/+O. System nach Anspruch 39» dadurch gekennzeichnet, daß die Düsonstrecken mehrere in der Strömungsrichtung im Abstand voneinander angeordnete, verengte Strömungsquersclinitte besitzen, von denen jeder kleiner ist als die stromaufwärts davon angeordneten verengten Strömungsquersclinitte.

kl. System nach Anspruch. 39» dadurch, gekennzeichnet, daß die Düsenstrecken mehrere in der Strömungsrichtung im Abstand voneinander angeordnete, verengte Strömungsquerschnitte besitzen, von denen jeder größer ist als die stromaufwärts davon angeordneten verengten Strömungsquerschnitte.

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42. System nach Anspruch 33, dadurch gekeimzeiclmet, daß die Energieumwandlung^einrichtung mehrere sich in der Strömungsrichtung verengende Strecken und zwischen diesen angeordnete, sich in der Strömungsrichtung erweiternde Strecken aufweist.

43. System nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in der Strömungsrichtung verengenden Strecken Düsenstrecken und die sich in der Strömungsrichtung ©erweiternden Strecken Diffusorstrecken sind und die erste Strecke der Energieumwandlungseinrichtung eine Düsenstrecke ist»

44. System nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in der Strömungsrichtung verengenden Strecken Diffusorstrecken und die sich in der Strömungsrichtung erweiternden Strecken Düsenstrecken sind und die erste Strecke der Energieumwandlungseinrichtung eine Düsenstrecke ist.

45. System nach Anspruch 39» dadurch gekennzeichnet, daß in der JDnergieumwandlungseinrichtung zum Unterdrücken von metastabilen Strömungsbedingungen Mittel zum Stören der Strömung angeordnet sind.

46. System nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß in der iCnorgioumwandlungseinrichtung mechanische Mittel zum Stören der Strömung angeordnet sind.

47. System nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Beaufschlagen des Kältemittelstroms mit Wellenenergie vorgesehen sind.

48. System nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Zuführen eines zweiten Fluidstronis zu dem

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-AO-

Kältemittelstrom vorgesehen ist.

M-9. Sicherheitsventil zum Entlasten eines Fluidvorratsbehälters von einem Überdruck durch Abgabe eines Mehrphasen-Pluidstroms in einen unter niedrigerem Druck stehenden Umgebungsbereich, gekennzeichnet durch

(a) eine Einrichtung zum Anzeigen eines Überdrucks in dem
Behälter,

(b) eine Einrichtung zum automatischen öffnen des Sicherheitsventils, Lim ein Ausströmen des Fluids aus dem
Behälter zu ermöglichen und

(c) oine Leitung, die einen Strömungskanal zwischen dem
Behälter und dem Umgebungsbereich bildet und mindestens eine im wesentlichen drossglungsfreie Düsenstrecke

aufweist.

50. Sicherheitsventil nach Anspruch h9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdiüickung von metastabilen Strömungsbedingungen in dem Strömungskanal in diesem mechanische Mittel zum
otöron der Strömung angeordnet sind.

^1, Sicherheitsventil nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung mehrere im Abstand voneinander angeordnete
Das ens ti" ο cken oosibst.

32. Sicherheitsventil nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenstrecken mehrere in der Strömungsrichtung im · Abstand voneinander angeordnete, verengte Strömungs- . querschnitte besitzen, von denen jeder kleiner ist als _t: die stromaufwärts davon angeordneten verengten Strömungs- ·· querschnitte.

53. Sicherheitsventil nach Anspruch 51» dadurch gekennzeichnet, da£· die Düs ens trecken mehrere in der Strömungsrichtung im

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Abstand voneinander angeordnete, verengte Strömungsquerschnitte besitzen, von denen jeder größer ist als die stromaufwärts davon angeordneten verengten Strömungsquer schnitte.

5^. Sicherheitsventil nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung mehrere sich in der Strömungsrichtung verengende Strecken und zwischen diesen angeordnete, sich in der Strömungsrichtung erweiternde Strecken aufweist.

55· Sicherheitsventil nach Anspruch hS, dadurch gekennzeichnet, daß die sicli in der Stromunprsriclvtung verengenden Strecken Due ens trocken und die sich, in der Strömungsrichtung erweiternden Strecken Diffusorstrecken sind und die erste Strecke der Leitung eine Düsenstroclce ist.

56. SichorJioitsventil nach Anspx-uch 5''> dadurch gekennzeichnet, daß die sich in dex" Strömun^srichtung verengenden Strecken Dif fusorstrecken und die sicii in der Strömungsrichtung erweiternden Strecken Düsenstrncken sind und die erste Strecke der Leitung eine Düsenstrecke ist.

57. Sicherheitsventil nach Anspruch 5I , dadurch gekennzeichnet, daß zux' Unterdrückung von metastabilen Strömungsbedingungen in dem Strömungskanal in diesem mechanische Mittel zum Stören der Strömung angeordnet sind.

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