DE19605241A1

DE19605241A1 - Thermo-Drossel

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Publication number: DE19605241A1
Application number: DE19605241A
Authority: DE
Original assignee: KELLER JUERGEN PROF DR 57072 SIEGEN DE
Current assignee: KELLER JUERGEN PROF DR 57072 SIEGEN DE
Priority date: 1995-02-07
Filing date: 1996-02-07
Publication date: 1996-08-22
Also published as: DE19680069D2; WO1996024808A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlanlage, in der ein Arbeitsmittelstrom einem exothermen Entspannungs prozeß unterzogen wird.

Allgemein sind Kältemaschinen und Wärmepumpen bekannt, die mit Kompressions-, Absorptions- oder Adsorptions technik arbeiten. Bei diesen Kältemaschinen bzw. Wärme pumpen werden Entspannungselemente wie Drosseln oder Entspannungsventile verwendet. Dies ist notwendig, um die Temperatur eines in der Regel als Flüssigkeit vor liegenden Arbeitsstoffes (auch als Arbeitsmittel be zeichnet) unter ein gewisses, im allgemeinen durch die Umgebung vorgegebenes Niveau abzusenken.

Einzelheiten der bekannten Prozesse sind in der folgen den Basisliteratur ausführlich erläutert:

- R. Plank, Handbuch der Kältetechnik, Springer, Berlin, 1936 ff.
- H.L. von Cube, Hsg., Lehrbuch der Kältetechnik, 2 Bde, C.F. Müller, Karlsruhe, 1981.
- Bäckström, Emblik, Kältetechnik, Verlag G. Braun, Karlsruhe, 3. Aufl., 1974.
- H.L. von Cube, F. Steimle, Wärmepumpen VDI-Verlag, Düsseldorf, 1978.
- W. Niebergall, Sorptionskältemaschinen, Handbuch der Kältetechnik, R. Plank (Hsg.), Bd. 7 Springer, Berlin, 1959.
- G. Alefeld, R. Radermacher, Heat Conversion Systems, CRC Press, Boca Raton etc., 1994.

Auf diesen Stand der Technik wird im übrigen hin sichtlich aller hier nicht näher erläuterten Begriffe ausdrücklich verwiesen.

Der Entspannungsprozeß des Arbeitsfluids in der Drossel verläuft adiabat, isenthalp und unter Verlust von Exer gie bzw. unter Produktion von Entropie. Das Arbeits fluid verdampft teilweise, steht also nach der Ent spannung im gekühlten Zustand nicht mehr vollständig, sondern nur mehr teilweise als Flüssigkeit zur Kälte erzeugung bzw. zur Wärmeaufnahme zur Verfügung.

Dieser Umstand ist eine der wesentlichen Ursachen da für, daß die Leistungszahlen der Kältemaschinen- bzw. Wärmepumpenprozesse grundsätzlich wesentlich kleiner als ihre theoretisch maximal möglichen, durch die Car notschranken beschriebenen Werte sind. Zur Reduktion vorteilhaft, das Arbeitsfluid vorzukühlen. Dies ist aber im allgemeinen nur sehr begrenzt, bzw. ohne zu sätzlichen Aufwand nur bis zur Umgebungstemperatur möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Lei stungszahlen von Kältemaschinen und Wärmepumpen dadurch zu erhöhen, daß der Entspannungsprozeß des fluiden Arbeitsmittels in der Drossel so weitergebildet wird, daß der Flüssigkeitsanteil nach der Entspannung ver größert, der Dampfanteil verkleinert, d. h. die Enthal pie des Arbeitsfluids im Vergleich zu ihrem Wert im Eintrittszustand vor der Drossel verringert und damit die Exergieverluste bei der Entspannung reduziert wer den.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbil dungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 6. Die An sprüche 7 und 8 betreffen vorteilhafte Verwendungen der erfindungsgemäß ausgebildeten Anlage.

Erfindungsgemäß wird ein thermischer Separationseffekt in einem weitergebildeten Wirbelrohr nach Ranque und Hilsch verwendet: Dabei wird ein komprimierter, flui der, d. h. insbesondere ein flüssiger, ein flüssig dampfförmiger oder ein dampfförmiger Arbeitsmittel strom mit Umgebungstemperatur unter Ausnutzung des thermischen Separationseffektes nach Ranque und Hilsch exotherm, d. h. unter Wärmeabgabe an die Umgebung, ent spannt und abgekühlt.

Erfindungsgemäß wird ein Wirbelrohr nach Ranque und Hilsch durch einen gesonderten Warmstromkühler und eine Erfindungsgemäß wird ein Wirbelrohr nach Ranque und Hilsch durch einen gesonderten Warmstromkühler und eine Warmstromrückführung mit Regulierventil ergänzt und mit weiteren verfahrenstechnischen Elementen, nämlich Wär metauscher, Entspannungsventil, Separator und Regulier ventilen, derart versehen, daß in der erfindungsgemäßen Anlage ein in der Regel flüssiger, einen oder mehrere Stoffe enthaltender Arbeitsmittelstrom, welcher kompri miert und bei Umgebungstemperatur vorliegt, exotherm, d. h. unter Wärmeabgabe an die Umgebung, entspannt wer den kann, so daß im entstehenden Naßdampf der Flüssig keitsanteil größer ist als beim direkten Entspannen in einer adiabaten Drossel.

Bei Wärmepumpanlagen kann die abgegebene Wärme zu mindest teilweise als Nutzwärme verwendet werden. Bei Kälteanlagen wird durch die Reduktion des Dampfgehaltes des entspannten Arbeitsfluids die Kälteleistung des Prozesses vergrößert.

Der thermische Separationseffekt bei der Expansion komprimierter Gase und Dämpfe in Wirbelrohren nach Ranque und Hilsch ist an und für sich seit vielen Jahren bekannt. Bei diesem Effekt wird ein Dampf- oder Gas strom unter Druckabfall in einen Warmgasstrom und einen Kaltgasstrom geteilt, deren Temperaturen jeweils über bzw. unter der Temperatur des Eingangsstromes liegen. Auf folgende Basisliteratur wird hingewiesen:

- G.J. Ranclue, "Experiences sur la detende gira toire avec production simultanes d′un echappe ment d′air chaud et dlun echappement d′air froid", Journal de physique et le radium, 4(1933), No.7;
- R. Hilsch, "Die Expansion von Gasen im Zentri fugalfeld als Kälteprozeß", Z.f. Naturfor schung, 1 (1946), 208-214.

Eine interessante technische Anwendung zur Kühlung bzw. Trocknung feuchter Gase wie z. B. feuchter Luft ist in

- R.v. Linde, Einrichtung zum Abkühlen eines verdichteten Gasstromes, DE-PS 9 26 729

beschrieben.

In Flüssigkeiten tritt dieser Effekt zwar grundsätzlich auch auf, ist aber meist so klein, daß er praktisch keine Bedeutung besitzt. Will man den Effekt zur Küh lung eines Flüssigkeitsstroms oder eines Flüssigkeit enthaltenden Fluidstroms nutzen, muß zunächst reiner Arbeitsdampf erzeugt werden. Dies kann durch partielles Expandieren und Verdampfen des zu entspannenden Fluid stroms geschehen, von dem angenommen wird, daß er zu nächst Umgebungstemperatur besitzt.

Die Erfindung erlaubt es, beliebige fluide und kompri mierte Arbeitsstoffe der Energie- und Verfahrenstechnik exotherm, d. h. unter Wärmeabgabe zu entspannen. Damit ist es z. B. möglich, bei Wärmepumpenprozessen zusätz lich Wärme zu gewinnen bzw. bei Kälteprozessen die Kältekapazität des Arbeitsfluids um die abgegebene Wärme zu erhöhen. Beide Effekte führen zu Erhöhungen der energetischen Leistungszahlen der Prozesse, die typischerweise bei 5% liegen, in Sonderfällen, etwa Kreisprozessen mit Kohlendioxid (CO₂) als Arbeitsmit tel, aber auch bei 10%-15% liegen können (vgl. J.U. Keller, KI Klima, Kälte, Heizung, 21 (1993), 300-304.)

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exempla risch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten er findungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:

Fig. 1 ein Fließbild einer Thermodrosselanlage,

Fig. 2 ein Fließbild der Thermodrosselanlage gemäß Fig. 1 mit Prozeßdaten,

Fig. 3 ein Kältediagramm des Thermodrosselprozesses (p,h),

Fig. 4 ein Enthalpiestrom/Temperatur-Diagramm des Thermodrosselprozesses (H = hin, T).

Fig. 5 eine Kältediagramm des Thermodrosselprozesses mit R22 als Arbeitsmittel,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein Kühlwirbelrohr,

Fig. 7 ein Fließbild einer Thermodrosselanlage mit Zusatzverdampfung, und

Fig. 8 und 9 die Schaltung einer ausgeführten Ver suchsanlage,

Fig. 1 zeigt ein Fließbild einer erfindungsgemäß aufge bauten Thermodrosselanlage. Die verwendeten Bezugs zeichen haben folgende Bedeutung:

WT Wärmetauscher
D Entspannungsventil oder Drossel
S Phasenseparator
RV1, RV2, RV3 Regulierventile
KWR Kühlwirbelrohr
WK Warmstromkühler
WR Warmstromrückführung
Arbeitsfluidstrom (kg/s)
_D Dampfstrom (kg/s)
_L Massenstrom siedender Flüssigkeiten (kg,s)
(L, V) Naßdampfstrom (kg/s)
abgegebene Wärmeleistung (Watt)
Enthalpiestrom

Bezüglich der Verschaltung der einzelnen Elemente wird ausdrücklich auf die Darstellung in Fig. 1 verweisen.

Der Arbeitsfluidstrom wird über den Wärmetauscher WT in die Drossel D geleitet. Der bei der Entspannung in der Drossel D entstehende Dampf ist stets kälter als das zugeführte Fluid, d. h. die ursprüngliche Flüssig keit. Würde der Dampf direkt in einem Wirbelrohr ent spannt, läge die Temperatur des Warmgasstroms nur un wesentlich über der Temperatur des ursprünglichen Flüs sigkeitsstroms, also z. B. Umgebungstemperatur! Deshalb könnte der Arbeitsdampf im Wirbelrohr praktisch keine Wärme an die Umgebung abgeben.

Erfindungsgemäß wird deshalb der in dem Separator S von der Restflüssigkeit getrennten Dampfstrom _D in einem geeignet ausgelegten Wärmetauscher WT durch die Wärme des nachströmenden Flüssigkeitsstroms wieder mög lichst weit erwärmt, d. h. bis auf wenige Grade unter Umgebungstemperatur! Wird der vorgewärmte Dampfstrom in dem Kühlwirbelrohr KWR expandiert, so liegt die Temperatur des in Wandnähe des Wirbelrohrs sich bilden den Warmgasstroms _H erfahrungsgemäß deutlich, d. h. um ca. 30-40°C über der Umgebungstemperatur. Der Warmgas strom kann also in einem separaten, meist als Rohr schlange ausgebildeten Kühler WK gekühlt werden. Die Wärme wird dabei über Kühlrippen des Warmstromküh lers WK an ein Kühlmedium, z. B. Wasser, oder an die Umgebungsluft abgegeben. Nach der Kühlung wird der Warmgasstrom _H mit dem ebenfalls im Wirbelrohr er zeugten Kaltstrom _c durch die Warmstromrückführung mit Regulierventil RV2 wieder vereinigt, um mit dem in einem weiteren Regulierventil RV3 entspannten Flüssig keitsstrom _L zum Naßdampfstrom (L,V) vereinigt zu werden.

Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Anlage, wobei an den Stellen 3 bis 9 exemplarisch Prozeßdaten einge tragen sind.

Die angegebenen Daten beziehen sich von oben nach unten - wie auch dem Kasten in Fig. 2 zu entnehmen ist - jeweils auf die Temperatur, den Druck, den Massenstrom, die spezifische Enthalpie und den Dampfgehalt des Ar beitsmittels in den einzelnen Zuständen.

Das Arbeitsmittel besitzt beim Austritt aus der Anlage einen Dampfgehalt von ca. 28% (Massenanteile).

Bei isenthalper Entspannung in einer Drossel her kömmlicher Art würde - wie Fig. 5 zu entnehmen ist - der Dampfgehalt ca. 31-32% betragen. Diese Figur zeigt das Kältediagramm eines realisierten Thermodrosselpro zesses mit dem Kältemittel R22. Die Zustandsnummern beziehen sich auf die in Fig. 2-4 angegebenen Zu stände bzw. Stellen.

Der Enthalpiestrom H des Fluids wird in der Anlage von = 1500 W durch Abgabe der Wärmeleistung = 60 W auf - = 1440 W reduziert.

Für folgende Stellen sind Prozeßdaten angegeben:
3* Eintrittszustand des Arbeitsfluids,
4 Austrittszustand des Fluids nach Abkühlung im Wär metauscher WT,
5 Austrittszustand des Arbeitsfluids nach Drossel D,
5′ Zustand der siedenden Flüssigkeit im Separator D,
5′′ Zustand des Sattdampfes im Separator,
6′′ Zustand des Arbeitsdampfes nach Erwärmung bzw. Über hitzung im Wärmetauscher WT,
7 Austrittszustand des Arbeitsdampfes nach Expansion und Kühlung im Kühlwirbelrohr,
8 Entspannungszustand der siedenden Flüssigkeit nach Drosselung auf den Enddruck,
9 Zustand des Naßdampfes nach Vereinigung des gekühl ten Arbeitsdampfes (7) und der entspannten Arbeits flüssigkeit (8).

Den angegebenen Werten liegen folgende Prozeßbedingun gen zugrunde:

Arbeitsstoff: R22,
Massenstrom(L): 12 g/s,
Abgegebene Wärmeleistung: 60 W.

Ebenfalls wird wieder ausdrücklich auf die aus Fig. 2 entnehmbaren Werte als Offenbarung der Erfindung ver wiesen.

Fig. 7 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung der Ther modrossel. Dargestellt ist das Fließbild einer Thermo drosselanlage mit Zusatzkühlung des aus dem Warmstrom kühlers WK austretenden Warmstromes im Separator/Ver dampfer (S,V) der Anlage. Die ursprüngliche Schaltung gemäß Fig. 1 ist strichliert zusätzlich eingetragen.

Der Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten Fließ bild besteht darin, daß der Warmgasstrom _H nach dem Austreten aus dem Warmstromkühler WK nicht direkt mit dem Kaltstrom _c vereinigt wird. Die Vereinigung er folgt vielmehr erst, nachdem der Warmgasstrom einen in den Separator S eingebauten Wärmetauscher passiert hat. Dort gibt der Warmstrom _H Wärme an das teilentspannte und vorgekühlte flüssige Arbeitsmittel ab, welches, da es sich in einem Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtszu stand befindet, nicht erwärmt, sondern zusätzlich ver dampft. Dadurch wird der Dampfstrom _D gegenüber dem der in Fig. 1 dargestellten Schaltung vergrößert. Damit steigt auch der Warmgasstrom _H und die von ihm im Wärmetauscher WK abgegebene Wärme ∼ _H an!
Diese Schaltung, in welcher der Separator S gleichzei tig als Verdampfer (V) wirkt, eignet sich besonders für Fluide und Entspannungsprozesse, die in der Nähe ihres kritischen Zustandes, also bei kleinen Werten der Ver dampfungsenthalpie erfolgen, wie z. B. bei Kohlendioxid (CO₂), da dann die Zunahme des Dampfstromes _D durch die Zusatzverdampfung im Separator/Verdampfer besonders groß sein kann.

In den Fig. 3 und 4 ist der in der Thermodrossel nach Fig. 1 stattfindende exotherme Entspannungsprozeß eines als flüssig angenommenen Arbeitsmediums im Kältedia gramm nach C.v. Linde (p,h bzw. ln(p/p₀),h) und im Enthalpiestrom-Temperatur-Diagramm nach Linhoff (T, =h) dargestellt. Die Zustandsnummern beziehen sich auf die in Fig. 2 angegebenen Stellen.

Halbfett hervorgehoben sind in Fig. 3 die Siede- und die Taulinie des Arbeitsfluids. Die strichlierten Li nien deuten auf den Wärmetauscher WT der Anlage hin. In Fig. 4 sind qualitativ die im Kühlwirbelrohr zunächst erfolgende thermische Separation, beschrieben durch den Warmdampf zustand H und den Kaltdampfzustand C, (vgl. auch Fig. 6), sowie die durch Abkühlung des Warmdampfes im Warmdampfkühler WK an die Umgebung abgegebene Wärme leistung Q eingetragen.

Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch ein Kühlwirbelrohr (KWR), (vgl. auch Offenlegungsschrift DE 43 45 137 A1 vom 29.06.1995).

Das Kühlwirbelrohr ist ein Wirbelrohr nach Ranque und Hilsch (RHWR), welches mit einem mit Kühlrippen (10) versehenen Warmstromkühler (WK), einer Warmstromrück führung (WR) und einem Regulierventil RV2 versehen ist. Der dampfförmige Arbeitsstoff tritt durch einen Ein laßkanal (11) tangential an den kreisförmigen Quer schnitt des Wirbelrohres ein und wird unter Bildung einer Drallströmung in einen Warmstrom (12), Zustand (H) und einen Kaltstrom (13), Zustand (C), separiert. Der Warmstrom (12) wird im Warmstromkühler (WK) gekühlt und gibt dabei an ein Kühlmedium oder an die Umgebung die Wärmeleistung ab. Danach wird der gekühlte Warm strom über eine Warmstromrückführung WR und ein Re gulierventil RV2 mit dem Kaltstrom 13 wieder vereinigt und tritt als gekühlter Dampf bzw. Naßdampf aus dem Kühlwirbelrohr aus.

Fig. 8 zeigt das Flußdiagramm einer am Institut für Fluid- und Thermodynamik der Universität Siegen ge planten, ausgelegten und gebauten Thermodrosselanlage. Sie ist als Experimentieranlage mit zahlreichen Meßge räten versehen und kann beispielsweise an einer Kälte anlage mit dem Kältemittel R22 betrieben werden. In Fig. 8 ist die gesamte Anlage mit den rechts in Bild mitte befindlichen Zu- und Ableitungen des Arbeits fluids dargestellt. Dabei werden die üblichen Symbole für die einzelnen Bauelemente verwendet, so daß auf eine vollständige Beschreibung verzichtet wird und statt dessen auf die Darstellung in Fig. 8 verwiesen wird.

Fig. 9 zeigt einen Ausschnitt der in Fig. 8 dargestell ten Anlage und zwar die Verschaltung des Kühlwirbel rohrs KWR, des Warmstromkühlers WK und des Regulier ventils RV2.

Vorstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungs beispielen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfin dungsgedankens beschrieben worden. Innerhalb dieses allgemeinen Erfindungsgedankens können aufgrund der vorstehenden Beschreibung von einem Fachmann Thermo-Drosseln, d. h. Kühlanlagen ohne bewegte Teile zur exo thermen, d. h. wärmeabgebenden Entspannung komprimierter fluider Arbeitsstoffe der Energie- und Verfahrenstech nik realisiert werden.

Die Anlage bestehen im allgemeinen aus einem Wärmetau scher, einem Entspannungsventil, einem Separator und einem Kühlwirbelrohr, d. h. einem durch einen gesonder ten Warmstromkühler und eine Warmstromrückführung mit Regulierventil ergänzten Wirbelrohr insbesondere nach Ranque und Hilsch. Diese Elemente sind so miteinander verschaltet, daß ein insbesondere mit Umgebungstempe ratur ankommender Strom eines komprimierten fluiden, d. h. flüssigen, flüssig-dampfförmig gemischten oder dampfförmigen Arbeitsmediums exotherm, d. h. unter Wär meabgabe an seine Umgebung, unter Bildung eines Flüs sigkeit-Dampf-Gemisches oder eines Dampfes entspannt wird. Das Arbeitsmedium kann ein reiner Stoff oder ein Stoffgemisch sein.

Die Thermo-Drossel kann grundsätzlich in allen Pro zessen der Energie- und Verfahrenstechnik anstelle gewöhnlicher, adiabat arbeitender Drossel- oder Ent spannungsventile eingesetzt werden. Bei Wärmepumpen- und Kältekreisprozessen führt sie zu Energieeinsparun gen, d. h. zu nicht unerheblichen Erhöhungen der Lei stungszahlen.

Claims

1. Kühlanlage, in der ein Arbeitsmittelstrom () einem exothermen Entspannungsprozeß unterzogen wird, d. h. unter Abgabe einer Wärmeleistung () in einen Naßdampf strom ((L,V)) überführt wird, mit

- einem Wärmetauscher (WT), in den ein in der Regel flüssiger, einen oder mehrere Stoffe enthaltender Arbeitsmittelstrom () eintritt,
- einer Drossel (D), in die der aus dem Wärmetauscher austretende Arbeitsmittelstrom eintritt,
- einem der Drossel nachgeschaltetem Separator (S), der den Arbeitsmittelstrom in einen Dampfstrom (_D) und einen Strom (_L) siedender Flüssigkeit separiert,
- einem Wirbelrohr (KWR) insbesondere nach Ranque und Hilsch, in das der Dampfstrom nach Passieren des Wärme tauschers (WT) eintritt, und das den Dampfstrom in einen Warmstrom (12) und einen Kaltstrom (13) teilt,
- einem Warmstromkühler (WK), und
- einer Warmstromrückführung (WR) mit Regulierventil (RV2), die den abgekühlten Warmstrom mit dem Kaltstrom vereinigt, so daß im entstehenden Naßdampf der Flüssig keitsanteil größer ist als beim direkten Entspannen in einer adiabaten Drossel.

2. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einströmende fluide, einen oder mehrere Stoffe enthaltender Arbeitsmittel strom (Arbeitsfluidstrom ) sich in einem komprimierten Flüssigkeitszustand oder einem Siedezustand, einem Naßdampfzustand, einem Sattdampfzustand oder einem überhitzten Dampfzustand befindet.

3. Kühlanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsfluidstrom zu nächst in dem Wärmetauscher (WT) isobar gekühlt und in der Drossel D teilweise entspannt wird, so daß er in ein Flüssigkeit-Dampf-Gemisch überführt wird.

4. Kühlanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeit-Dampf-Gemisch unter dem Einfluß der Schwerkraft in dem Sepa rator S in den Dampfstrom _D und den Strom siedender Flüssigkeit _L getrennt wird.

5. Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zunächst kalte Dampfstrom (_D) nach dem Passieren des Wärmetauschers (WT) und der hierdurch erfolgten Erwärmung durch ein Regulierventil RV1 in das Kühlwirbelrohr (KWR) eintritt, in dem er unter Bildung einer Drallströmung weiter entspannt und durch Wärmeabgabe des im Wirbelrohr gebildeten Warmgasstromes im Warmstromkühler WK abgekühlt wird, und daß der Strom siedender Flüssigkeit m_L über ein Regulierventil RV3 entspannt wird und nach Vereinigung mit dem gekühlten Dampfstrom mD die Anlage als Naßdampfstrom (L,V) verläßt.

6. Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des in der Drossel D auftretenden Druckabfalls p_D zu dem im Kühlwirbelrohr bzw. im Regulierventil (RV3) auftretenden Druckabfall p zwischen 1 und 30 liegt.

7. Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Massenverhältnis des Dampfstromes _D zum Flüssigkeitsstrom _L zwischen 5% und 50% liegt.

8. Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsgeschwindigkeit des Dampfstromes in das Kühlwirbelrohr (KWR) mindestens 50% und höchstens 100% der Schallgeschwindigkeit im Eintrittszustand beträgt.

9. Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Drallströmung des an den Wänden des Kühlwirbelrohrs (KWR) expandierenden Dampfstroms in Richtung der lotrechten Rohrachse nach oben mindestens 10% und höchstens 60% der Schallgeschwindigkeit des Dampfes im Eintrittszustand beträgt.

10. Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Warmstromkühler (WK) gekühlt austretende Warmgasstrom ^H noch zusätzlich durch einen in den Separator (S) eingebauten Wärmetauscher geleitet und erst danach mit dem aus dem Kühlwirbelrohr austretenden Kaltstrom _c über das Regulierventil (RV2) vereinigt und danach dem durch das Ventil (RV3) entspannten Flüssigstrom _L zugeführt wird (Fig. 7).

11. Verwendung einer Kühlanlage oder einer Kaskadenschaltung solcher Anlagen in paralleler oder serieller Weise nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in Wärmepumpen und Kältemaschinen mit Kompressionstechnik, Absorptionstechnik, Adsorptionstechnik oder einer Kombination dieser Techniken in einstufiger oder mehrstufiger Bauweise zum mono- oder multivalenten Betrieb durch Ersatz des adiabaten Expansionsventils oder der adiabaten Entspannungsdüse durch die Kühlanlage (1).

12. Verwendung einer Kühlanlage oder einer Kaskadenschaltung solcher Anlagen in paralleler oder serieller Weise nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in Anlagen der Energie- und Verfahrenstechnik zur exothermen Entspannung oder Kühlung von Industriesolen und ähnlichen Arbeitsfluiden als Ersatz für ein oder mehrere adiabate Entspannungsventile.