DE69424621T2

DE69424621T2 - Wärmetauschsysteme

Info

Publication number: DE69424621T2
Application number: DE69424621T
Authority: DE
Inventors: Ron Clark Lee
Original assignee: BOC Group Inc
Current assignee: Messer LLC
Priority date: 1993-11-01
Filing date: 1994-10-28
Publication date: 2001-01-25
Anticipated expiration: 2014-10-29
Also published as: ZA947831B; ES2145811T3; JPH07180936A; KR950014798A; ATE193370T1; DK0651212T3; US5456084A; AU7754894A; FI109232B; EP0651212A3; EP0651212A2; KR0137914B1; DE69424621D1; AU672929B2; CA2117858C; CA2117858A1; FI945111A7; JP3677066B2; EP0651212B1; FI945111A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf kryogenes Wärmeaustauschsystem, in welchem ein kryogenes Wärmeübertragungsmedium durch einen oder mehrere Kanäle zirkuliert wird, um eine Wärmelast zu kühlen. Zusätzlich bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Gefriertrockner unter Anwendung des kryogenen Wärmeaustauschsystems, wobei das kryogene Wärmeübertragungsmedium durch einen Kondensator zirkuliert wird, der zum Kondensieren von sublimierten Wasserdampf benutzt wird (siehe beispielsweise EP 0 301 117 A1).
Kryogene Wärmetauscher haben den Vorteil, daß sie keine umweltschädlichen Kältemittel verwenden, sondern ein kryogenes Wärmeübertragungsmedium wie beispielsweise ein verflüssigtes atmosphärisches Gas benutzen. Des weiteren bieten solche kryogene Wärmetauscher eine viel größere Flexibilität hinsichtlich der bereitgestellten Kühlung und können kältere Temperaturen als Wärmetauscher erreichen, die mit herkömmlichen Kältemitteln arbeiten. Es hat sich jedoch gezeigt, daß es schwierig ist, einen solchen Wärmetauscher in kompakter Weise aufzubauen, weil, wenn das kryogene Wärmeübertragungsmedium in den Wärmetauscher eintritt, sich mehr Eis auf der Seite des Wärmetauschers aufbaut, auf welcher das kryogene Wärmeübertragungsmedium in den Wärmetauscher eintritt. Der Querschnitt des Wärmetauschers, bei welchem das Eis sich aufgebaut hat, ist verhältnismäßig unwirksam im Verhältnis zum übrigen Wärmetauscher. Das Eis selbst kann in manchen Fällen inakzeptabel sein, beispielsweise beim Kühlen von Flüssigkeiten, oder kann den Wärmetauscher verstopfen.
Ein noch weiteres Problem liegt darin, daß nur eine sehr geringe Steuerung der Temperatur des Wärmetauschers vorhanden ist. -Angenommen, es wird flüssiger Stickstoff als kryogenes Wärmeübertragungsmedium verwendet, würde der Einlaß zum Wärmetauscher sich auf Temperaturen von etwa 77ºK abkühlen. Eine solche Kühlung würde gewisse Arten von Lebensmittelprodukten beschädigen und wäre in jedem Fall ineffizient, wenn der zu kühlende Gegenstand nur auf etwa den Gefrierpunkt von Wasser abgekühlt werden muß.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Schaffung eines kryogenen Wärmeaustauschsystems, bei welchem ein Eisaufbau auf dem Wärmetauscher, der in dem kryogenen Wärmeaustauschsystem eingesetzt wird, gleichmäßiger stattfindet (und möglicherweise insgesamt vermieden wird) als bei bekannten Wärmetauschern, die mit einem kryogenen Wärmeaustauschmedium arbeiten. Darüberhinaus kann die Erfindung allgemein ein kryogenes Wärmeaustauschsystem schaffen, bei welchem die Temperatur, bei welcher der Wärmeaustausch stattfindet, gesteuert werden kann.
Gemäß der Erfindung ist ein kryogenes Wärmeaustauschsystem vorgesehen, das ein kryogenes Wärmeaustauschsystem umfaßt mit:
einem Wärmetauscher mit mindestens einem Kanal zur Aufnahme eines kryogenen Wärmeaustauschmediums,
einem mit dem mindestens einen Kanal verbundenen Umkehrkreislauf mit einem Einlaß zur Aufnahme des kryogenen Wärmeaustauschmediums, Mitteln zum Einleiten des kryogenen Wärmeübertragungsmediums in den mindestens einen Kanal und zum Umkehren des Strömungsrichtung des kryogenen Wärmeübertragungsmediums derart, daß das kryogene Wärmeübertragungsmedium durch den mindestens einen Kanal in einer Strömungsrichtung und dann in entgegengesetzten Strömungsrichtung strömt, und einem Auslaß zur Aufnahme eines Teils des kryogenen Wärmeübertragungsmediums von dem mindestens einen Kanal nach dem Durchgang durch denselben als verbrauchtes kryogenes Wärmeaustauschmedium,
mit dem Auslaß des Umkehrkreislaufs verbundenen Rezirkulationsmitteln zur Aufnahme des verbrauchten kryogenen Wärmeübertragungsmediums und mit einer Mischkammer zum Mischen des verbrauchten kryogenen Wärmeübertragungsmediums mit einem Kryogen zur Bildung des kryogenen Wärmeaustauschmediums und dadurch zur Steigerung der Enthalpie des kryogenen Wärmeübertragungsmediums über diejenige des Kryogens, einem Misch kammerauslaß in Verbindung mit dem Einlaß des Umkehrkreislaufs zum Einleiten des kryogenen Wärmeübertragungsmediums in den Umkehrkreislauf, und Mitteln zum Zirkulieren des kryogenen Wärmeübertragungsmediums in den Umkehrkreislauf, durch den mindestens einen Kanal hindurch und zurück zur Mischkammer als verbrauchtes kryogenes Wärmeaustauschmedium, und Entlüftemitteln zum Entlüften eines restlichen Teils des kryogenen Wärmeüberntragungsmediums nach den Durchgang durch den mindestens einen Kanal des mindestens einen Wärmetauschers.
Der hier und in den Patentansprüchen verwendete Begriff "kryogen" bedeutet eine Substanz, die bei Temperaturen deutlich unterhalb denjenigen, die man normalerweise bei atmosphärischen Umgebungsbedingungen findet, als Dampf oder Flüssigkeit oder als Feststoff vorliegt. Beispiele von Kryogenen sind verflüssigte atmosphärische Gase, z. B. Stickstoff, Sauerstoff, Argon, Kohlendioxid usw.
Die Umkehrung der Strömungsrichtung des kryogenen Wärmeübertragungsmediums bewirkt, daß Eis sich in gleichförmigen Mengen auf mindestens den Enden des Wärmetauschers ansammelt. An dazwischenliegenden Stellen zwischen den Enden des Wärmetauschers könnte sich mehr Eis aufbauen als an den Endes des Wärmetauschers. Um den Eisaufbau zwischen den Enden des Wärmetauschers zu minimieren, wird die Enthalpie des einströmenden kryogenen Wärmeübertragungsmediums erhöht, indem ein Teil des verbrauchten kryogenen Wärmeübertragungsmediums rezirkuliert und mit einströmender kryogener Flüssigkeit vermischt wird, um die mittlere Temperatur anzuheben, bei welcher die Wärmeübertragung stattfindet. Die Umkehrströmung gekoppelt mit der Enthalpiesteigerung kann bei geeigneten Anwendungsfällen der vorliegenden Erfindung als Selbstabtaumaßnahme eingesetzt werden, wo Eisaufbau in irgendwelchen Mengen nicht akzeptabel ist. Es ist hier anzumerken, daß die Erörterung des Wärmetauschers im Hinblick auf "Eisaufbau" oder "Frost" nicht bedeutet, daß das Anwendungsgebiet der vorlie genden Erfindung auf Fälle beschränkt ist, bei denen Wasser gefriert. Das Eis bzw. gefrorene bei anderen Anwendungen, beispielsweise beim Kühlen oder Gefrieren von Nahrungsmitteln, könnte auch Kohlendioxid sowie andere eisbildende Substanzen umfassen, die mit der besonderen Anwendung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang stehen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen hat der Wärmetauscher einen Umkehrkreislauf, der einen Wärmetauscher nach Patentanspruch 1 umfaßt, wobei der Umkehrkreislauf aufweist:
ein Ventilpaar mit einem ersten und einem zweiten Ventil, welche mindestens einen Kanal zwischen den Einlaß und den Auslaß der Rezirkulationsmittel schalten, derart, daß, wenn das erste und zweite Ventil in der Offenstellung stehen, das kryogene Wärmeübertragungsmedium durch den mindestens einen Kanal in der einen Strömungsrichtung strömt, und ein Ventilpaar mit einem dritten und einem vierten Ventil, das ebenfalls den mindestens einen Kanal zwischen den Einlaß und den Auslaß der Rezirkulationsmittel schalten, derart, daß, wenn das erste und zweite Ventil in der Schließstellung stehen und das dritte und vierte Ventil in der Offenstellung stehen, das kryogene Wärmeübertragungsmedium durch den mindestens einen Kanal in der entgegengesetzten Strömungsrichtung strömt.
Die Rezirkulationsmittel umfassen vorzugsweise ein Gerät der Venturi-Bauart mit einem Hochdruckeinlaß zur Aufnahme der kryogenen Flüssigkeit, einen Niederdruckeinlaß zur Verbindung mit dem Auslaß des Umkehrkreislaufs zum Ansaugen des verbrauchten kryogenen Wärmeübertragungsmediums, einen Niederdruckbereich, der als Mischkammer dient und in Verbindung mit dem Hochdruckeinlaß und dem Niederdruckeinlaß steht, und einem Hochdruckauslaß, der als Mischkammerauslaß dient und mit dem Einlaß des Umkehrkreislaufs verbunden ist, um das kryogene Wärmeübertragungsmedium in den Umkehrkreislauf auszuleiten.
Das Wärmeaustauschsystem umfaßt vorzugsweise außerdem einen Rezirkulationswärmetauscher, der einen ersten Kanal, der mit dem Hochdruckeinlaß des Ejektors verbunden ist, und einen zweiten Kanal aufweist, der zwischen dem Auslaß des Umkehrkreislaufs und dem Niederdruckeinlaß des Ejektors verläuft, um Wärme zwischen dem Kryogen und dem verbrauchen kryogenen Wärmeübertragungsmedium vor dem Ejektor auszutauschen, um die Enthalpie des Ejektors zu steigern.
Nach einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung einen Gefriertrockner mit:
einer Gefrierkammer, um Substanzen einem Gefriertrocknungsprozeß zu unterziehen, in welchem in den Substanzen enthaltene Feuchtigkeit gefroren und zu Dampf sublimiert wird, einem Kondensator, der in Verbindung mit der Gefrierkammer steht, um den Dampf zu gefrieren und den Dampf als Eis zu sammeln, wobei der Kondensator mindestens einen Kanal zur Aufnahme eines kryogenen Wärmeübertragungsmediums zum Gefrieren des Dampfes aufweist,
einem mit den Kondensator verbundenen Umkehrkreislauf, der einen Einlaß zur Aufnahme des kryogenen Wärmeaustauschmediums, Mittel zum Einleiten des kryogenen Wärmeübertragungsmediums in den mindestens einen Kanal des Kondensators und zum Umkehren der Strömungsrichtung des kryogenen Wärmeübertragungsmediums aufweist, so daß das kryogene Wärmeübertragungsmedium in einer Strömungsrichtung und dann in der entgegengesetzten Strömungsrichtung strömt, um dadurch eine gleichförmige Anhäufung des Eises im Kondensator zu begünstigen, und einen Auslaß zur Aufnahme eines Teils des kryogenen Wärmeübertragungsmediums aus dem Kondensator als verbrauchtes kryogenes Wärmeaustauschmedium aufweist,
mit dem Auslaß des Umkehrkreislaufs verbundenen Rezirkulationsmitteln zur Aufnahme des verbrauchten kryogenen Wärmeübertragungsmediums, die eine Mischkammer zum Mischen des verbrauchten kryogenen Wärmeübertragungsmediums mit einem Kryogen zum Bilden des kryogenen Wärmeübertragungsmediums und dadurch zur Steigerung der Enthalpie des kryogenen Wärmeübertragungsmediums über diejenige des Kryogens, einen Mischkammerauslaß, der in Verbindung mit dem Einlaß des Umkehrkreislaufs steht, um das kryogene Wärmeübertragungsmedium in den Umkehrkreislauf einzuleiten, und Mittel zum Zirkulieren des kryogenen Wärmeübertragungsmediums durch den Umkehrkreislauf, durch den mindestens einen Kanal des Kondensators, und zurück zur Mischkammer als verbrauchtes kryogenes Wärmeaustauschmedium aufweisen, und
Entlüftemitteln zum Entlüften eines restlichen Teils des kryogenen Wärmeübertragungsmediums nach dem Durchgang durch den mindestens einen Kanal des Kondensators.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung wird nun lediglich beispielshalber auf die anliegende Zeichnung Bezug genommen, die in schematischer Form ein kryogenes Wärmeaustauschsystem nach der Erfindung zeigt, das mit einem Kondensatorabschnitt eines Gefriertrockners ebenfalls gemäß der Erfindung verwendet wird.
In der Zeichnung ist ein Gefriertrockner 1 dargestellt, der mit einer Gefriertrocknungskammer 10 arbeitet, in welcher Substanzen einem Gefriertrocknungsprozeß unterzogen werden, und mit einem Kondensator 12, der Teil eines kryogenen Wärmeübertragungssystems bildet. In dem Gefriertrocknungsprozeß werden Substanzen in die Gefriertrocknungskammer 10 eingebracht, normalerweise auf Tabletts, und die Substanzen werden auf den Tabletts gefroren, indem ein Kältemittel durch Kanäle hindurchzirkuliert wird, die innerhalb der Tabletts vorgesehen sind. Danach wird der Druck in dem Gefriertrockner ausreichend reduziert, bis die in den Substanzen enthaltene gefrorene Feuchtigkeit in Dampf sublimiert ist. Der Dampf wird dann in einen Kondensator 12 abgesaugt, in welchem er gefroren wird.
Der Kondensator 12 ist mit einem Kanal 14 versehen, durch welchen ein kryogenes Wärmeübertragungsmedium hindurchpassiert. Der Kondensator 12 (oder ein sonstiger in Verbindung mit der Erfindung verwendeter Wärmetauscher) könnte mehr als einen Kanal aufweisen. Bei dem Gefriertrockner 1 ist das kryogene Wärmeübertragungsmedium Stickstoffdampf.
Der Stickstoffdampf wird in den Kondensator 12 mittels eines Umkehrkreislaufs 16 des kryogenen Wärmeübertragungssystems eingeleitet. Der Umkehrkreislauf 16 weist einen Einlaß 18 und einen Auslaß 20 auf. Eine Ventilanordnung umfaßt ein erstes, zweites, drittes und viertes elektromagnetbetätigtes Ventil 22, 24, 26 und 28. Wenn das erste und zweite Ventil 22 und 24 geöffnet sind, strömt Stickstoffdampf in den Einlaß 18, durch das erste Ventil 22, durch den Kanal 14, zurück durch das zweite Ventil 24 und dann aus dem Auslaß 20 aus. Denn das erste und das zweite Ventil 22 und 24 geschlossen und das dritte und vierte Ventil 26 und 28 geöffnet sind, strömt Stickstoffdampf durch den Einlaß 18, das dritte Ventil 26, den Kanal 14 des Kondensators 12 in entgegengesetzter Strömungsrichtung, zurück durch das vierte Ventil 28 und dann aus dem Auslaß 20 aus. Es ist anzumerken, daß auch alternative Ventilanordnungen benutzt werden könnten, wie beispielsweise Dreiwegventile.
Ein Teil des Stickstoffdampfs wird rezirkuliert, während ein übriger Teil des Stickstoffdampfs vorzugsweise durch ein einstellbares Überdruckventil 30 entlüftet wird. Das Überdruckventil 30 ist so eingestellt, daß es einen erhöhten Druck innerhalb des kryogenen Wärmeaustauschsystems aufrechterhält und dadurch den Druckabfall und die Strömungsgeschwindigkeit im Wärmetauscher minimiert. Die Druckhaltung ermöglicht auch, daß Stickstoffabdampf mit einem ausreichend hohen Förderdruck zugeführt wird, um auch sonst irgendwo in einer Installation verwendet zu werden, die entweder den Gefriertrockner 1 oder ein kryogenes Wärmeaustauschsystem nach der Erfindung verwendet. Die Entlüftung könnte auch durch ein anderes Ventil wie beispielsweise ein Regelventil oder eine Druckschalter/Ven til-Kombination gesteuert werden.
Das kryogene Wärmeaustauschsystem ist außerdem mit einem Ejektor 32 versehen, um eine Zirkulation des Stickstoffdampfs zu bewirken, der als kryogenes Wärmeübertragungsmedium dient. Der Ejektor 32 weist einen Hochdruckeinlaß 37 und einen Niederdruckeinlaß 36 auf. Der Ejektor 32 ist außerdem mit einem Diffusorabschnitt 37 zur Druckrückgewinnung versehen. Der Diffusorabschnitt 37 endigt in einem Auslaß 38 zum Ausleiten des kryogenen Wärmeübertragungsmediums. Der rezirkulierte Teil des kryogenen Mediums wird in den Niedruckeinlaß 36 des Ejektors 32 durch einen im Ejektor 32 erzeugten Niederdruckbereich eingesaugt. Obwohl nicht dargestellt, wird ein solcher Niederdruckbereich durch einen Venturieffekt aufgrund der Strömung des in den Ejektor 32 zuströmenden Kryogens durch den Hochdruckeinlaß 34 erzeugt. Andere Geräte der Venturibauart mit Hoch- und Niederdruckeinlässen, einem Niederdruckbereich zur Vermischung, und einem Hochdruckauslaß, die nicht notwendigerweise als "Ejektor" bezeichnet werden, können den gleichen Zweck wie der Ejektor 32 dienen.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist der einströmende Kryogen flüssiger Stickstoff, der mit einem Druck von etwa 1035 Kilopascal und einer Temperatur von etwa -185ºC zugeführt wird.
Der Hochdruck- und der Niederdruckeinlaß 34 und 36 und der Diffusorabschnitt 37 stehen alle mit einem Niederdruckbereich in Verbindung, der mit dem Bezugszeichen 40 versehen ist. Der Niederdruckbereich 40 dient als Mischkammer, in welcher einströmender Kryogen, der tatsächlich in Dampfform vorliegen kann, sich mit einem Teil des verbrauchten kryogenen Wärmeübertragungsmediums vermischt, nämlich Stickstoffdampf nach dem Durchgang durch den Kondensator 12, um das kryogene Wärmeübertragungsmedium zu bilden. Der Druck des kryogenen Wärmeübertragungsmediums wird im Diffusorabschnitt 37 in gewissem Maße zurückgewonnen und es wird dann zum Hochdruckauslaß 38 geleitet, der als Mischkammerauslaß dient. Der Hoch druckauslaß 38 ist mit dem Einlaß 18 des Umkehrkreislaufs 16 verbunden. Wie man sieht, erhöht dieses Vermischen auch die Enthalpie des zu zirkulierenden kryogenen Wärmeübertragungsmediums über die Enthalpie des eintretenden flüssigen Stickstoffs. Die Enthalpiesteigerung in Verbindung mit der Strömungsumkehr begünstigt die Eisbildung auf dem Kondensator 12. Gegebenenfalls kann das gleiche Prinzip auch zur Schaffung eines kryogenen Wärmetauschers mit einer Selbstabtaufunktion eingesetzt werden.
Der Ejektor 32 wird bevorzugt, weil er keine beweglichen Teile aufweist und der Wärmeübergang effizient zwischen dem einströmenden Kryogen und dem kryogenen Wärmeübertragungsmedium stattfindet. Es ist möglich, stattdessen ein Gerät mit zum Ejektor 32 äquivalenter Funktion zu verwenden, wie beispielsweise eine gesonderte Pumpe und Mischkammer. Jedoch haben solche andere mögliche Ausführungsformen der Erfindung einen höheren Grad an Komplexität sowie höhere Betriebskosten als die dargestellte Ausführungsform.
Um eine maximale Zirkulationsfähigkeit zu erzeugen, kann das kryogene Wärmeaustauschsystem auch mit einem Rezirkulationswärmetauscher 42 ausgestattet sein, um den eintretenden flüssigen Kryogen durch Wärmeaustausch mit dem rezirkulierten Teil des kryogenen Wärmeübertragungsmediums zu erwärmen. Da keine Wärme nach außerhalb des Systems übertragen wird, bleibt die gesamte Kühlkapazität des Kryogens erhalten. Der Rezirkulationswärmetauscher 42 weist einen ersten und einen zweiten Kanal 44 und 46 auf. Der erste Kanal 44 ist mit dem Hochdruckeinlaß 34 verbunden, und der zweite Kanal 46 verläuft zwischen dem Niederdruckeinlaß 36 und dem Auslaß 20 des Umkehrkreislaufs 16. Bei der dargestellten Ausführungsform verlaufen der erste und der zweite Kanal 44 und 46 in der gleichen Richtung, aber vorzugsweise können sie auch im Gegenstrom angeordnet werden, um die maximale Wärme von dem Teil des rezirkulierten kryogenen Wärmeübertragungsmediums auf den eintretenden flüssigen Stickstoff zu übertragen. Diese Wärmeübertragung erhöht die Enthalpie des flüssigen Stickstoffs, was seine Bewegungsfähigkeit steigert und dadurch den Durchsatz der rezirkulierten Strömung in dem kryogenen Wärmeaustauschsystem erhöht. Das Ausmaß der Zirkulation und daher eine weitere Steuerung der Temperatur des kryogenen Wärmeübertragungsmediums kann durch ein Proportionalventil 48 erreicht werden.
Der Kondensator 12, der Umkehrkreislauf 16, der Ejektor 32, die zugehörigen Leitungen usw. dienen alle der grundsätzlichen Erläuterung eines kryogenen Wärmeaustauschsystems nach der Erfindung. Jedes kryogene Wärmeaustauschsystem nach der Erfindung könnte die gleiche Auslegung wie die vorstehenden Elemente haben, aber für andere Anwendungen als das Gefriertrocknen eingesetzt werden. Beispielsweise könne ein Wärmetauscher mit einem oder mehreren Kanälen mit einem Umkehrkreislauf 16 und einem Ejektor wie beispielsweise dem Ejektor 30 verbunden werden, um Lebensmittel zu kühlen, die einen oder mehrere Kühlkanäle passieren. Ein Überdruckventil 30 und ein Rezirkulationswärmetauscher 42 können gegebenenfalls vorgesehen sein.

Claims

1. Kryogenes Wärmeaustauschsystem mit:

einem Wärmetauscher mit mindestens einem Kanal zur Aufnahme eines kryogenen Wärmeaustauschmediums,

einem mit dem mindestens einen Kanal verbundenen Umkehrkreislauf mit einem Einlaß zur Aufnahme des kryogenen Wärmeaustauschmediums, Mitteln zum Einleiten des kryogenen Wärmeübertragungsmediums in den mindestens einen Kanal und zum Umkehren der Strömungsrichtung des kryogenen Wärmeübertragungsmediums derart, daß das kryogene Wärmeübertragungsmedium durch den mindestens einen Kanal in einer Strömungsrichtung und dann in entgegengesetzter Strömungsrichtung strömt, und einem Auslaß zur Aufnahme eines Teils des kryogenen Wärmeübertragungsmediums von dem mindestens einen Kanal nach dem Durchgang durch denselben als verbrauchtes kryogenes Wärmeaustauschmedium,

mit dem Auslaß des Umkehrkreislaufs verbundenen Rezirkulationsmitteln zur Aufnahme des verbrauchten kryogenen Wärmeübertragungsmediums und mit einer Mischkammer zum Mischen des verbrauchten kryogenen Wärmeübertragungsmediums mit einem Kryogen zur Bildung des kryogenen Wärmeaustauschmediums und dadurch zur Steigerung der Enthalpie des kryogenen Wärmeübertragungsmediums über diejenige des Kryogens, einem Mischkammerauslaß in Verbindung mit dem Einlaß des Umkehrkreislaufs zum Einleiten des kryogenen Wärmeübertragungsmediums in den Umkehrkreislauf, und Mitteln zum Zirkulieren des kryogenen Wärmeübertragungsmediums in den Umkehrkreislauf, durch den mindestens einen Kanal hindurch und zurück zur Mischkammer als verbrauchtes kryogenens Wärmeaustauschmedium, und Entlüftemitteln zum Entlüften eines restlichen Teils des kryogenen Wärmeübertragungsmediums nach dem Durchgang durch den mindestens einen Kanal des mindestens einen Wärmetauschers.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der Umkehrkreislauf umfaßt:

ein Ventilpaar mit einem ersten und einem zweiten Ventil, welche den mindestens einen Kanal zwischen den Einlaß und den Auslaß der Rezirkulationsmittel schalten, derart, daß, wenn das erste und zweite Ventil in der Offenstellung stehen, das kryogene Wärmeübertragungsmedium durch den mindestens einen Kanal in der einen Strömungsrichtung strömt, und

ein Ventilpaar mit einem dritten und einem vierten Ventil, das ebenfalls den mindestens einen Kanal zwischen den Einlaß und den Auslaß der Rezirkulationsmittel schalten, derart, daß, wenn das erste und zweite Ventil in der Schließstellung stehen und das dritte und vierte Ventil in der Offenstellung stehen, das kryogene Wärmeübertragungsmedium durch den mindestens einen Kanal in der entgegengesetzten Strömungsrichtung strömt.

3. Kryogenes Wärmeaustauschsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Rezirkulationsmittel ein Gerät der Venturi-Bauart mit einem Hochdruckeinlaß zur Aufnahme der kryogenen Flüssigkeit, einem Niederdruckeinlaß zur Verbindung mit dem Auslaß des Umkehrkreislaufs zum Ansaugen des verbrauchten kryogenen Wärmeübertragungsmediums, einem Niederdruckbereich, der als Mischkammer dient und in Verbindung mit dem Hochdruckeinlaß und dem Niederdruckeinlaß steht, und einem Hochdruckauslaß, der als Mischkammerauslaß dient und mit dem Einlaß des Umkehrkreislaufs verbunden ist, um das kryogene Wärmeübertragungsmedium in den Umkehrkreislauf auszuleiten.

4. Kryogenes Wärmeaustauschsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiter einen Rezirkulationswärmetauscher umfaßt, der einen ersten Kanal, der mit dem Hochdruckeinlaß des Ejektors verbunden ist, und einen zweiten Kanal aufweist, der zwischen dem Auslaß des Umkehrkreislaufs und dem Niederdruckeinlaß des Ejektors verläuft, um Wärme zwischen dem Kryogen und dem verbrauchten kryogenen Wärmeübertragungs medium vor dem Ejektor auszutauschen, um die Enthalpie des Ejektors zu steigern.

5. Gefriertrockner mit:

einer Gefrierkammer, um Substanzen einem Gefriertrocknungsprozeß zu unterziehen, in welchem in den Substanzen enthaltene Feuchtigkeit gefroren und zu Dampf sublimiert wird, einem Kondensator, der in Verbindung mit der Gefrierkammer steht, um den Dampf zu gefrieren und den Dampf als Eis zu sammeln, wobei der Kondensator mindestens einen Kanal zur Aufnahme eines kryogenen Wärmeübertragungsmediums zum Gefrieren des Dampfes aufweist,

einem mit dem Kondensator verbundenen Umkehrkreislauf, der einen Einlaß zur Aufnahme des kryogenen Wärmeaustauschmediums, Mittel zum Einleiten des kryogenen Wärmeübertragungsmediums in den mindestens einen Kanal des Kondensators und zum Umkehren der Strömungsrichtung des kryogenen Wärmeübertragungsmediums aufweist, so daß das kryogene Wärmeübertragungsmedium in einer Strömungsrichtung und dann in der entgegengesetzten Strömungsrichtung strömt, um dadurch eine gleichförmige Anhäufung des Eises im Kondensator zu begünstigen, und einen Auslaß zur Aufnahme eines Teils des kryogenen Wärmeübertragungsmediums aus dem Kondensator als verbrauchtes kryogenes Wärmeaustauschmedium aufweist, mit dem Auslaß des Umkehrkreislaufs verbundenen Rezirkulationsmitteln zur Aufnahme des verbrauchten kryogenen Wärmeübertragungsmediums, die eine Mischkammer zum Mischen des verbrauchten kryogenen Wärmeübertragungsmediums mit einem Kryogen zum Bilden des kryogenen Wärmeübertragungsmediums und dadurch zur Steigerung der Enthalpie des kryogenen Wärmeübertragungsmediums über diejenige des Kryogens, einen Mischkammerauslaß, der in Verbindung mit dem Einlaß des Umkehrkreislaufs steht, um das kryogene Wärmeübertragungsmedium in den Umkehrkreislauf einzuleiten, und Mittel zum Zirkulieren des kryogenen Wärmeübertragungsmediums durch den Umkehrkreislauf, durch den mindestens einen Kanal des Kondensators, und zurück zur Mischkammer als verbrauchtes kryogenens Wärmeaustauschmedium aufweisen, und

Entlüftemitteln zum Entlüften eines restlichen Teils des kryogenen Wärmeübertragungsmediums nach dem Durchgang durch den mindestens einen Kanal des Kondensators.

6. Gefriertrockner nach Anspruch 5, wobei die Rezirkulationsmittel einen Ejektor mit einem Hochdruckeinlaß zur Aufnahme des kryogenen Flüssigkeit, einen Niederdruckeinlaß, der mit dem Auslaß des Umkehrkreislaufs verbunden ist, um das verbrauchte kryogene Wärmeübertragungsmedium anzusaugen, einem Niederdruckbereich, der als Mischkammer dient und in Verbindung mit dem Hochdruckeinlaß und dem Niederdruckeinlaß steht, und einen Diffusorabschnitt aufweist, der in Verbindung mit dem Niederdruckbereich steht und in einem Hochdruckauslaß endigt, wobei der Hochdruckauslaß als Mischkammerauslaß dient und mit dem Einlaß des Umkehrkreislaufs verbunden ist, um das kryogene Wärmeübertragungsmedium in den Umkehrkreislauf auszuleiten.

7. Gefriertrockner nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Umkehrkreislauf umfaßt:

ein Ventilpaar mit einem ersten und einem zweiten Ventil, welche den mindestens einen Kanal zwischen den Einlaß und den Auslaß der Rezirkulationsmittel schalten, derart, daß, wenn das erste und zweite Ventil in der Offenstellung stehen, kryogenes Wärmeübertragungsmedium durch den mindestens einen Kanal in der einen Strömungsrichtung strömt, und

ein Ventilpaar mit einem dritten und einem vierten Ventil, welche den mindestens einen Kanal zwischen den Einlaß und den Auslaß der Rezirkulationsmittel schalten, derart, daß, wenn das erste und zweite Ventil in der Schließstellung stehen und das dritte und vierte Ventil in der Offenstellung stehen, das kryogene Wärmeübertragungsmedium durch den mindestens einen Kanal in der entgegengesetzten Strömungsrichtung strömt.

8. Gefriertrockner nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Rezirkulationsmittel ein Gerät der Venturi-Bauart umfassen, das einen Hochdruckeinlaß zur Aufnahme der kryogenen Flüssigkeit, einen Niederdruckeinlaß, der mit dem Auslaß des Umkehrkreislaufs verbunden ist, um das verbrauchte kryogene Wärmeübertragungsmedium anzusaugen, einen Niederdruckbereich, der als Mischkammer dient und in Verbindung mit dem Hochdruckeinlaß und dem Niederdruckeinlaß steht, und einen Hochdruckauslaß aufweist, wobei der Hochdruckauslaß als Mischkammerauslaß dient und mit dem Einlaß des Umkehrkreislaufs verbunden ist, um das kryogenen Wärmeübertragungsmedium in den Umkehrkreislauf auszuleiten.

9. Gefriertrockner nach einem der Ansprüche 5 bis 8, der weiter einen Rezirkulationswärmetauscher umfaßt, der einen ersten Kanal, der mit dem Hochdruckeinlaß des Ejektors verbunden ist, und einen zweiten Kanal aufweist, der zwischen dem Auslaß des Umkehrkreislaufs und dem Niederdruckeinlaß des Ejektors verläuft, um Wärme zwischen dem Kryogen und dem verbrauchten kryogenen Wärmeübertragungsmedium vor dem Ejektor auszutauschen, um die Enthalpie des Ejektors zu steigern.