BE1026655B1

BE1026655B1 - Verdamper

Info

Publication number: BE1026655B1
Application number: BE20185663A
Authority: BE
Inventors: Kristof Antoine Walthere Onckelinx; Maarten Dominique Joris Onckelinx
Original assignee: Vos Technics Bvba
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2020-04-28
Also published as: BE1026655A1

Abstract

Verdamper voor het gebruik in een koelsysteem, waarbij de verdamper een eerste circuit en een tweede circuit bevat, waarbij het eerste circuit ingericht is voor het doorvoeren van een eerste fluïdum en het tweede circuit ingericht is voor het doorvoeren van een tweede fluïdum, waarbij het tweede circuit een volume definieert en waarbij het eerste circuit verspreid is over nagenoeg het gehele volume om een warmte-uitwisseling tussen het eerste fluïdum en het tweede fluïdum te faciliteren, waarbij het eerste circuit minstens twee segmenten bevat welke minstens twee segmenten ingericht zijn om onafhankelijk van elkaar het eerste fluïdum door te voeren, daardoor gekenmerkt dat de minstens twee segmenten elk verspreid zijn over nagenoeg het gehele volume.

Description

BE2018/5663 Verdamper

De uitvinding heeft betrekking op een verdamper, ook bekend als een koelbatterij in een koelsysteem.

Meer bepaald heeft de uitvinding betrekking op een verdamper voor gebruik in een koelsysteem, waarbij de verdamper een eerste circuit en een tweede circuit bevat, waarbij het eerste circuit ingericht is voor het doorvoeren van een eerste fluïdum en het tweede circuit ingericht is voor het doorvoeren van een tweede fluïdum, waarbij het tweede circuit een volume definieert en waarbij het eerste circuit verspreid is over nagenoeg het gehele volume om een warmte-uitwisseling tussen het eerste fluïdum en het tweede fluïdum te faciliteren, waarbij het eerste circuit minstens twee segmenten bevat welke minstens twee segmenten ingericht zijn om onafhankelijk van elkaar het eerste fluïdum door te voeren.

De functie van de verdamper is het faciliteren van een warmte-uitwisseling tussen een koelmiddel en omgevingslucht. De verdamper is typisch ingericht om een groot contactoppervlak tussen koelmiddel en de omgevingslucht te voorzien, waardoor efficiënte warmte-uitwisseling tussen koelmiddel en de omgevingslucht realiseerbaar is. Het is van belang dat de warmte-uitwisseling op een gecontroleerde manier gebeurt, zodat de temperatuur van de omgevingslucht accuraat geregeld kan worden. Deze regeling gebeurt typisch door het meten van een temperatuur van de omgevingslucht. De regeling is vooral van belang bij toepassingen waarbij de temperatuur van de omgevingslucht constant gehouden dient te worden.

US 2006/0137371 wordt beschouwd als meest nabije stand van de techniek en beschrijft een koelsysteem waarbij de verdamper meerdere koelcircuits bevat, waarbij elk koelcircuit opgedeeld is in een eerste en een tweede set van circuits. Het koelsysteem is verder ingericht om de eerste set van circuits te isoleren van een stroom van koelvloeistof. Dit systeem heeft als voordeel dat het ontvochtigen van omgevingslucht gecontroleerd kan worden. Het is een nadeel van een koelsysteem met een dergelijke verdamper dat de controle op de warmteuitwisseling suboptimaal is.

EP 1722174 beschrijft een werkwijze voor het koelen van lucht in een koelcircuit met CO2 als koelmiddel, en een koelbatterij welke ingericht is om de werkwijze uit te voeren. De koelbatterij is in twee in serie geschakelde koelsecties ingedeeld. Elke koelsectie heeft verder elk een eigen luchtstroom, waarbij een luchtvochtigheid van de tweede luchtstroom welke door de tweede koelsectie gevoerd wordt, gesatureerd wordt voordat het in de tweede koelsectie binnenkomt. Het systeem staat toe om prestaties van de verdamper te verbeteren. Het is een nadeel van een koelsysteem met een dergelijke verdamper dat de controle op de warmte-uitwisseling suboptimaal is.

2018/5663

BE2018/5663

Het is een doel van de uitvinding om een verdamper te voorzien waarin de warmte-uitwisseling beter controleerbaar is.

Hiertoe voorziet de uitvinding in een verdamper, daardoor gekenmerkt dat de minstens twee segmenten elk verspreid zijn over nagenoeg het gehele volume.

De verdamper volgens de uitvinding bevat een eerste- en een tweede circuit. Het eerste circuit is ingericht voor het doorvoeren van een eerste fluïdum, bijvoorbeeld koelvloeistof. Het tweede circuit is ingericht voor het doorvoeren van een tweede fluïdum, bijvoorbeeld omgevingslucht uit een te koelen koelruimte. Het eerste circuit bevat minstens twee segmenten, welke onafhankelijk van elkaar het eerste fluïdum kunnen doorvoeren.

Het tweede circuit definieert een volume waarbinnen het eerste circuit verspreid is over nagenoeg het gehele volume. Aangezien het eerste circuit verspreid is over het gehele volume, ontstaat er een nagenoeg maximaal contactoppervlak waarlangs een warmte kan uitgewisseld worden tussen het eerste fluïdum en het tweede fluïdum. Het eerste fluïdum neemt typisch warmte op van het tweede fluïdum.

Niet enkel is het eerste circuit verspreid over het volume, maar volgens de uitvinding is elk segment van het eerste circuit verspreid over het volume, waardoor het contactoppervlak van elk segment verspreid is over nagenoeg het gehele volume. Hierdoor wordt nagenoeg het gehele volume gebruikt voor het uitwisselen van warmte tussen het eerste segment en het tweede circuit. Ook wordt nagenoeg het gehele volume gebruikt voor het uitwisselen van warmte tussen het tweede segment en het tweede circuit. Wanneer een segment uit het eerste circuit het eerste fluïdum doorvoert, wordt dat segment een operationeel segment genoemd. Of, anders verwoord, een segment is operationeel indien het segment het eerste fluïdum doorvoert. Elk operationeel segment bevat een hoeveelheid eerste fluïdum, dat werkzaam is in het eerste circuit.

De uitvinding is gebaseerd op het inzicht dat een verandering van een werkzame hoeveelheid eerste fluïdum in een volume, door het controleren van operationele segmenten, invloed heeft op de warmte-uitwisseling.

Hiertoe worden meerdere segmenten voorzien die onafhankelijk van elkaar kunnen opereren. Zo kan elk segment onafhankelijk van de andere segmenten operationeel zijn. Dit heeft als gevolg dat de totale hoeveelheid eerste fluïdum werkzaam in het eerste circuit veranderbaar is. Een verandering van het aantal operationele segmenten resulteert in een verandering van de totale hoeveelheid eerste fluïdum werkzaam in het eerste circuit. Het vermeerderen van het aantal operationele segmenten zorgt voor een verhoging van de totale hoeveelheid eerste fluïdum werkzaam in het eerste circuit. Het verminderen van het aantal operationele segmenten zorgt voor een verlaging van de totale hoeveelheid eerste fluïdum werkzaam in het eerste circuit.

2018/5663

BE2018/5663

Uit voorgaande redenering volgt dat een verhouding kan gedefinieerd worden als de totale hoeveelheid eerste fluïdum werkzaam in het eerste circuit gedeeld door het volume gedefinieerd door het tweede circuit. Deze verhouding is regelbaar door het aantal operationele segmenten te veranderen. Het vermeerderen van het aantal operationele segmenten vergroot de verhouding, het verminderen van het aantal operationele segmenten verkleint de verhouding. Segmenten met verschillende eigenschappen kunnen geselecteerd worden om de verhouding te vergroten of verkleinen.

Het verkleinen van de verhouding heeft als gevolg dat het eerste fluïdum per eenheid lucht die door het tweede circuit stroomt meer warmte opneemt. Deze hogere warmteopname heeft als voordeel dat het eerste fluïdum sneller verdampt. Het sneller verdampen van het eerste fluïdum zorgt ervoor dat er sneller op temperatuursveranderingen in de koelruimte gereageerd kan worden. Tests hebben uitgewezen dat het moment waarop koelvloeistof, met name CO2, start met verdampen in een verdamper moeilijk controleerbaar of regelbaar is. Omdat, wanneer een ruimte gekoeld moet worden, koelvloeistof in de verdamper gebracht wordt totdat het gewenste effect gemeten wordt aan de omgevingstemperatuur, is het voordelig dat de koelvloeistof onmiddellijk start met verdampen. Dit is echter in de praktijk niet het geval. Omdat koelvloeistof niet onmiddellijk start met verdampen, zal het effect van de ingebrachte koelvloeistof niet onmiddellijk meetbaar zijn aan de omgevingstemperatuur. Dit leidt tot situaties waarin te veel koelvloeistof in de verdamper gebracht wordt. Als gevolg wordt de omgevingstemperatuur overmatig gekoeld. Dit alles is het rechtstreekse gevolg van het onvoorspelbare gedrag van koelvloeistof in een verdamper, meer bepaald het moment waarop de koelvloeistof effectief start met verdampen. De uitvinding voorziet in een mechanisme om het negatieve effect van dit onvoorspelbare gedrag noemenswaardig te verminderen. Namelijk door het verkleinen van de verhouding zal de koelvloeistof noemenswaardig sneller warmte opnemen van de omgevingslucht en dus ook noemenswaardig sneller starten met verdampen. Aldus is de warmte-uitwisseling beter controleerbaar.

Het vergroten van de verhouding heeft als gevolg dat de operationele segmenten een grotere hoeveelheid eerste fluïdum kunnen doorvoeren. Dit heeft als gevolg dat een groter koelvermogen realiseerbaar is, aangezien er meer warmte opgenomen kan worden. Een groter vermogen is belangrijk wanneer de omgevingslucht snel afgekoeld dient te worden.

Door het onafhankelijk maken van het eerste segment en het tweede segment is de warmte-uitwisseling beter controleerbaar wanneer de verhouding klein gekozen wordt en is het koelvermogen maximaal wanneer de verhouding groot gekozen wordt.

Bij voorkeur is het eerste circuit aangepast voor het doorvoeren van CO2 als eerste fluïdum. Het tijdstip waarop CO2 verdampt in een typische verdamper kan onvoorspelbaar zijn.

2018/5663

BE2018/5663

Hierdoor is het voordelig om de verhouding, bijvoorbeeld wanneer het houden van een constante omgevingstemperatuur belangrijk is, te wijzigen. Doordat het CO2 meer warmte opneemt per eenheid lucht die doorheen het tweede circuit stroomt, zal het sneller en meer voorspelbaar verdampen. De verhouding kan tevens gewijzigd worden wanneer maximaal koelen van de omgeving gewenst is. Hiertoe kan een maximale verhouding gekozen worden. Tests en simulaties hebben uitgewezen dat het verkleinen van de verhouding het verdampen van CO2 sneller maakt, en bijgevolg ervoor zorgt dat het houden van een constante omgevingstemperatuur eenvoudiger wordt.

Bij voorkeur is het tweede circuit aangepast voor het doorvoeren van omgevingslucht als tweede fluïdum. Een belangrijke toepassing voor het gebruik van verdampers is het koelen van omgevingslucht, bijvoorbeeld lucht in een koelruimte. Hierdoor is het voordelig dat het tweede circuit aangepast is voor het doorvoeren van de omgevingslucht, aangezien zowel de doorvoer als de warmte-uitwisseling efficiënt kan gebeuren.

Bij voorkeur bevat een eerste segment van de minstens twee segmenten een eerste buis welke zich van een eerste ingang naar een eerste uitgang uitstrekt en bevat een tweede segment van de minstens twee segmenten een tweede buis welke zich van een tweede ingang naar een tweede uitgang uitstrekt. Buizen laten toe dat het eerste fluïdum van de ingang van het segment naar de uitgang van het segment kan voortbewegen. Bovendien zijn buizen typisch ingericht zodat lekken voorkomen worden.

Bij voorkeur heeft de eerste buis een eerste inhoud die groter is dan een tweede inhoud van de tweede buis. Dit verschil in inhoud zorgt ervoor dat er meer selecties van segmenten gemaakt kunnen worden met een verschillende inhoud, waardoor er meer keuze is in het kiezen van de gepaste inhoud. Voor een verdamper in gebruik met twee segmenten zijn er drie verschillende werkingskeuzes te onderscheiden.

In een eerste keuze worden zowel de eerste buis als de tweede buis gebruikt. Dit is mogelijk door zowel het eerste segment als het tweede segment operationeel te maken. Bij deze eerste keuze heeft het eerste circuit van de verdamper een maximale werkzame inhoud, waardoor de verhouding maximaal is. Bijgevolg heeft de eerste keuze het grootste koelvermogen van de drie verschillende keuzes.

In een tweede keuze wordt slechts de eerste buis gebruikt. Dit is mogelijk door slechts het eerste segment operationeel te maken, en het tweede segment af te sluiten. Bij deze keuze heeft het eerste circuit van de verdamper een werkzame inhoud welke gelijk is aan de inhoud van de eerste buis. De werkzame inhoud van de verdamper in de tweede keuze is kleiner dan de werkzame inhoud van de verdamper in de eerste keuze. Hierdoor is het koelvermogen van de verdamper kleiner, maar is de warmte-uitwisseling beter controleerbaar.

2018/5663

BE2018/5663

In een derde keuze wordt enkel de tweede buis gebruikt. Dit is mogelijk door slechts het tweede segment operationeel te maken en het eerste segment af te sluiten. Bij deze keuze heeft de verdamper een werkzame inhoud welke gelijk is aan de inhoud van de tweede buis. De werkzame inhoud van de verdamper in de derde keuze is kleiner dan de werkzame inhoud van de tweede keuze. Hierdoor is het totale koelvermogen van de verdamper kleiner, maar is de warmte-uitwisseling beter controleerbaar. De derde keuze heeft bijgevolg de beste controle van de drie verschillende keuzes op de warmte-uitwisseling in de verdamper.

Toepassen van de verdamper volgens de uitvinding heeft een verder verrassend effect, namelijk ijsvorming op het tweede circuit van de verdamper kan geminimaliseerd worden door afwisselend verschillende segmenten van het eerste circuit te selecteren. Door verschillende segmenten van het eerste circuit te selecteren, zal ijsvorming zich op verschillende plaatsen in het tweede circuit manifesteren, en kunnen de negatieve gevolgen van de ijsvorming verminderd worden.

Bij voorkeur heeft de eerste buis een eerste lengte die groter is dan een tweede lengte van de tweede buis. Het verschil van lengte tussen de eerste buis en de tweede buis zorgt voor meer mogelijke combinaties waarbij de totale lengte verschillend is. Zo is er een verschil in operationele lengte indien slechts de eerste buis het eerste fluïdum doorvoert, indien slechts de tweede buis het eerste fluïdum doorvoert en indien zowel de eerste als de tweede buis het eerste fluïdum doorvoeren. Deze verschillende lengtes zorgen ervoor dat er meer verschillende verhoudingen mogelijk zijn. Dit is voordelig aangezien er beter kan gekozen worden tussen het inspelen op veranderende omgevingstemperaturen en/of het regelen van het koelvermogen van de verdamper. Het effect van buizen met verschillende lengtes is analoog aan het effect van buizen met verschillende inhoud, dat hierboven uitgebreid beschreven is. Twee buizen met verschillende lengtes kunnen nagenoeg dezelfde inhoud hebben, of een overeenstemmende verschillende inhoud hebben. Twee buizen met verschillende inhoud kunnen nagenoeg dezelfde lengte hebben, of een overeenstemmende verschillende lengte hebben.

Bij voorkeur bevatten de eerste en tweede buis meerdere buisdelen, welke buisdelen in het volume nagenoeg parallel ten opzichte van elkaar liggen, en waarbij nagenoeg elk buisdeel een eerste naburig buisdeel heeft behorend tot de eerste buis en een tweede naburig buisdeel heeft behorend tot de tweede buis, zodanig dat de minstens twee segmenten elk verspreid zijn over nagenoeg het gehele volume. De productie en het onderhoud van de verdamper welke buizen bevat met buisdelen, en waarbij buisdelen nagenoeg parallel naast elkaar liggen, is goedkoop en weinig arbeidsintensief. Het is verder ook gemakkelijk om, gebruikmakend van parallelle buisdelen, elk segment nagenoeg over het gehele volume te verspreiden. Aangezien elk

2018/5663

BE2018/5663 buisdeel een naburig buisdeel behorend tot het eerste segment en het tweede segment heeft, is de spreiding over nagenoeg het gehele volume van deze segmenten verzekerd.

Bij voorkeur vormen de buisdelen een patroon. Dit vereenvoudigt verder de onderlinge ligging van alle buisdelen, waardoor het de productie en het onderhoud verder goedkoper en minder arbeidsintensief wordt. Een patroon is ook typisch een gemakkelijke manier om een bepaald volume homogeen op te vullen. Homogeniteit is voordelig voor een voorspelbare warmte-uitwisseling, aangezien de warmte-uitwisseling gerelateerd is aan het patroon. Verder zijn de naburige buisdelen voor elk buisdeel gemakkelijker te definiëren.

Bij voorkeur zijn naburige buisdelen in het patroon direct grenzend. Nagenoeg elk buisdeel, op buisdelen aan de randen van het patroon na, hebben hetzelfde aantal naburige buisdelen welke direct grenzend zijn.

Bij voorkeur bevat het tweede circuit meerdere parallelle lamellen en waarbij het volume gedefinieerd wordt door de meerdere parallelle lamellen. Het gebruik van lamellen is voordelig aangezien deze typisch een groot oppervlak bestrijken. Dit groot oppervlak zorgt voor een grotere en eenvoudigere warmte-uitwisseling tussen het tweede fluïdum, typisch omgevingslucht, en het tweede circuit. Hierdoor is het voordelig om het volume te definiëren door de parallelle lamellen.

De uitvinding voorziet verder in een koelsysteem bevattende de verdamper volgens de uitvinding, waarbij het koelsysteem verbonden is met het eerste circuit van de verdamper voor het doorvoeren van het eerste fluïdum. Een koelsysteem bevat typisch minstens een condensor en een verdamper met een compressor en expansieventiel. De werking van een koelsysteem is bekend voor de vakman en wordt daarom in deze beschrijving niet in detail uitgelegd. Ter plaatse van de verdamper kan warmte opgenomen worden en ter plaatse van de condensor warmte kan afgegeven worden. Het afgeven van de warmte gebeurt typisch aan een temperatuur die noemenswaardig hoger is dan het opnemen van de warmte, zodanig dat een omgeving koelbaar is. Het koelsysteem bevat verder typisch een gesloten circuit welke het eerste fluïdum bevat.

Het gebruik van de verdamper volgens de uitvinding in het koelsysteem heeft als voordeel dat het koelsysteem een betere controle toelaat op de warmte-uitwisseling ter hoogte van de verdamper.

Bij voorkeur bevat het koelsysteem minstens één klep voor het regelen van het eerste fluïdum, zodanig dat een eerste doorvoer van het eerste fluïdum door het eerste segment en een tweede doorvoer van het eerste fluïdum door het tweede segment onafhankelijk van elkaar regelbaar zijn. Het gebruik van een klep is een eenvoudige manier om de doorvoer van het eerste fluïdum te regelen. Het is mogelijk om kleppen te voorzien zodanig dat elk segment onafhankelijk

2018/5663

BE2018/5663 regelbaar is. Dit heeft als voordeel dat het mogelijk is om de verhouding op een eenvoudige manier groter of kleiner te maken.

Bij voorkeur bevat het koelsysteem verder een ventilator voor het forceren van een luchtstroom doorheen het tweede circuit. Het forceren van een luchtstroom zorgt voor een gecontroleerde doorvoer van omgevingslucht, waardoor de warmte-uitwisseling optimaler kan gebeuren.

De uitvinding zal nu nader worden beschreven aan de hand van een in de tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeeld.

In de tekening laat:

figuur 1 een uitvoeringsvorm zien van een koelsysteem volgens de stand van de techniek;

figuur 2 een schematisch model zien van een verdamper volgens een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding;

figuur 3 een schematisch model zien van een doorsnede van een verdamper volgens een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding;

figuur 4 een uitvoeringsvorm zien van een koelsysteem volgens de uitvinding; en figuur 5 een schematisch model zien van een verdamper volgens een alternatieve uitvoeringsvorm van de uitvinding.

In de tekening is aan eenzelfde of analoog element eenzelfde verwijzingscijfer toegekend.

Een verdamper is in de context van deze beschrijving gedefinieerd als een apparaat dat warmte-uitwisseling faciliteert tussen een koelmiddel en lucht, die respectievelijk doorheen een eerste circuit en een tweede circuit stromen. Voor de vakman is het duidelijk dat de verdamper slechts een voorkeursuitvoeringsvorm is. Verdamper volgens de uitvinding is bruikbaar in andere toepassingen, zo kan de verdamper bijvoorbeeld ook als vloeistof - lucht warmtewisselaar dienen.

Een koelmiddel is gedefinieerd als een vulling van een koelcircuit. De vakman begrijpt dat een koelmiddel een gasfase en een vloeistoffase heeft, die afgewisseld worden om de koelwerking van het koelcircuit te bekomen teneinde warmte te transporteren. Traditioneel vertoont een koelcyclus een gasfase en een vloeistoffase, en wordt een verdamper en een condensor voorzien voor het respectievelijk opnemen en afgeven van warmte. Tussen verdamper en condensor worden een expansieventiel en een compressor voorzien voor het wijzigen van de druk van het koelmiddel en voor het circuleren van het koelmiddel in het koelcircuit.

Een koelruimte, ook klimaatruimte genoemd, wordt gedefinieerd als een ruimte die aangepast is om een gewenste temperatuur of een gewenst klimaat, dat sterk kan afwijken van

2018/5663

BE2018/5663 de omgevingstemperatuur of het omgevingsklimaat, vast te houden. Zelfs wanneer de temperatuur in de koelruimte niet sterk afwijkt, kan de koelruimte functioneren om de temperatuur in de koelruimte te handhaven door warmte van bronnen in de koelruimte te compenseren. Typisch wordt een koelruimte gevormd door een kamer waarvan de muren, deuren, het plafond en de vloer goed geïsoleerd zijn en waarin de luchtverversing hoofdzakelijk machinaal geregeld wordt.

Figuur 1 toont een vereenvoudigde schematische weergave van een opbouw van een koelsysteem volgens een uitvoeringsvorm gekend in de stand van de techniek. Hierbij toont figuur 1 een verdamper 1 voor het afgeven van warmte naar de omgevingslucht. Compressor 2 dient voor het verhogen van de druk van het koelmiddel 10. Condensor 3 dient voor het opnemen van warmte uit de omgeving. Expansieventiel 4 dient voor het verlagen van de druk van het koelmiddel 10. Daarbij is verdamper 1 door middel van buizen verbonden met compressor 2, compressor 2 verbonden met condensor 3, condensor 3 verbonden met expansieventiel 4 en het expansieventiel 4 verbonden met de verdamper 1. Hierdoor wordt een buizencircuit 9 gevormd waarin voornoemde elementen opeenvolgend voorzien zijn. Het buizencircuit 9 is een gesloten circuit, gevuld met het koelmiddel 10. Het koelmiddel 10 bevindt zich in het buizencircuit 9 en is circuleerbaar door de elementen van het koelsysteem, waardoor het verschillende stappen doorloopt die hieronder kort toegelicht worden. Daarbij zal voor de vakman duidelijk zijn dat de verschillende stappen niet opeenvolgend maar wel tegelijk gebeuren terwijl het koelmiddel circuleert in het circuit.

In een eerste stap in de verdamper 1 wordt warmte uitgewisseld tussen het koelmiddel 7 en de lucht in de klimaatruimte. De warmte-uitwisseling gebeurt voornamelijk binnen een vooraf bepaald volume 19. Typisch wordt deze uitwisseling geoptimaliseerd door lamellen 26 die het contactoppervlak tussen de verdamper 1 en de lucht maximaliseren. De lamellen 26 definiëren bij voorkeur het volume 19. Meer bepaald is het volume 19 gedefinieerd als de combinatie van alle lamellen 26 inclusief de ruimtes die zich tussen aangrenzende lamellen 26 uitstrekken. De verdamper 1 bevindt zich in de koelruimte welke gekoeld dient te worden. Omgevingslucht 5 wordt geforceerd door de verdamper 1, waardoor een luchtstroom ontstaat voor het koelen van de koelruimte. Dit wordt typisch gedaan door het voorzien van een ventilator of een ander luchtstuurmiddel. De omgevingslucht 5 welke door de verdamper geforceerd wordt geeft warmte af aan het koelmiddel 10. Na de warmte-uitwisseling verlaat de omgevingslucht de verdamper 1 als afgekoelde lucht 6.

Het koelmiddel 10 heeft bij het binnenstromen in de verdamper een relatief lage temperatuur en een relatief lage druk. Het koelmiddel 10 is typisch vloeibaar. Met andere woorden is het koelmiddel 10 in vloeibare vorm met lage druk 11. In een typische verdamper zorgt warmteuitwisseling met de omgevingslucht 5 ervoor dat het koelmiddel 10 verdampt. Het koelmiddel 10

2018/5663

BE2018/5663 gaat dus van een vloeibare vorm naar een gasvorm. Hierbij neemt het koelmiddel warmte op van de omgevingslucht. Dit opnemen van warmte gebeurt aan een nagenoeg constante temperatuur.

Het koelmiddel komt uit de verdamper in de gasfase en met een lage druk 12. De druk van het koelmiddel in gasvorm met lage druk 12 wordt vervolgens verhoogd in de compressor 2. Het verhogen van deze druk in deze stap zorgt voor een temperatuursverhoging van het koelmiddel. De compressor zorgt er tevens voor dat koelmiddel circuleert in het koelcircuit.

Het koelmiddel in gasvorm met hoge druk 13 wordt voor de volgende stap doorgevoerd naar de condensor 3. In condensor 3 wordt een warmte-uitwisseling gefaciliteerd tussen het koelmiddel 10 en verdere omgevingslucht, bijvoorbeeld buitenlucht, waarbij een stroom verdere omgevingslucht aangevoerd wordt volgens pijl 7. De verdere omgevingslucht neemt warmte op van het koelmiddel 10, waardoor de verdere omgevingslucht opwarmt. De verdere omgevingslucht verlaat de condensor als verwarmde lucht 8. Het koelmiddel 10 geeft warmte af en ondergaat typisch een faseovergang terug naar de vloeibare vorm.

Het koelmiddel komt uit de condensor in de vloeistof fase en met een hoge druk. De druk van het koelmiddel in vloeibare vorm met hoge druk 14 wordt vervolgens in een vierde stap verlaagd in het expansieventiel 4. Het verlagen van de druk zorgt voor een verlaging van de temperatuur van het koelmiddel. Het koelmiddel in vloeibare vorm met lage druk 11 stroomt vervolgens terug naar de verdamper, waar de cyclus wordt herhaald.

Bij voorkeur is de verdere omgevingslucht 7 buitenlucht. De vakman begrijpt dat, om het rendement van het koelsysteem zo hoog mogelijk te krijgen, de warmteopname uit de koelruimte bij voorkeur zo dicht mogelijk ligt bij de hoeveelheid warmteafgifte aan de verdere omgevingslucht. In de praktijk is dit ten gevolge van warmteverliezen en koeltechnische werkingsprincipes niet mogelijk. Echter het streefdoel blijft om de warmteopname 12 en de warmteafgifte 11 zo dicht mogelijk bij elkaar te krijgen.

Er kan een onderscheid gemaakt worden in natuurlijke en synthetische koelmiddelen 10. Typische voorbeelden van natuurlijke koelmiddelen zijn ammoniak, propaan butaan en pentaan. Typische voorbeelden van synthetische koelmiddelen zijn Chloorfluorkoolstofverbindingen (CFK's) en Fluorkoolwaterstofverbindingen (HFK’s). Een ander voorbeeld is CO2. CO2 is een niet-toxisch natuurlijk koelmiddel met een lage kritische temperatuur. Hierdoor kunnen koelsystemen welke gebruik maken van CO2 als koelmiddel in het zogeheten ‘trans-kritisch gebied’ werken. Verder is CO2 zeer geschikt als lage-temperatuur koelmiddel, waardoor het vaak gebruikt wordt in industriële invriestoepassingen. Verder is CO2 uitzonderlijk geschikt voor het gebruik in warmtepomptoepassingen.

Figuur 2 toont een schematisch model van een uitvoeringsvorm van een verdamper volgens een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding.

2018/5663

BE2018/5663

Figuur 2 toont een eerste circuit 15 voor het doorvoeren van het koelmiddel 10.

Dit eerste circuit bevat een eerste segment 17 en een tweede segment 18. Verder toont figuur 2 een tweede circuit 16. Het tweede circuit 16 is gevormd door meerdere parallelle lamellen en is daarmee ingericht voor het doorvoeren van de omgevingslucht. Verder definieert het tweede circuit 16 een volume 19.

Het eerste circuit 15 is verspreid over nagenoeg het gehele volume 19. Meer bepaald is elk segment van het eerste circuit 15 verspreid over nagenoeg het gehele volume 19. Door het eerste circuit 16 te verspreiden over nagenoeg het gehele volume, wordt het gehele volume gebruikt voor de warmte-uitwisseling. De warmte-uitwisseling tussen het koelmiddel 10 en de lucht typisch is beter wanneer het gehele volume gebruikt wordt dan wanneer slechts een deel van het volume gebruikt wordt. Zoals vertoond in figuur 2 is het mogelijk dat het eerste circuit 15 zich gedeeltelijk buiten het volume 19 uitstrekt. Het eerste circuit 15 is hierbij nog steeds verspreid over nagenoeg het gehele volume 19. Bij voorkeur bevindt minstens de helft van het eerste circuit 15 zich binnen het volume 19, verder bij voorkeur minstens drie vierde, meest bij voorkeur minstens vier vijfde.

Een analoge redenering kan gemaakt worden voor het eerste segment 17 en het tweede segment 18. Het eerste segment 17 is verspreid over nagenoeg het gehele volume 19. Hierdoor wordt, indien het eerste segment 17 operationeel is, de warmte-uitwisseling tussen het koelmiddel 10 en de lucht verbeterd ten opzichte van wanneer het eerste segment 17 niet verspreid is over het gehele volume 19. Een operationeel segment is een segment dat het koelmiddel 10 doorvoert. Het tweede segment 18 is ook verspreid over nagenoeg het gehele volume 19. Hierdoor wordt, indien het tweede segment 18 operationeel is, de warmte-uitwisseling tussen het koelmiddel 10 en de lucht verbeterd ten opzichte van wanneer het tweede segment 18 niet verspreid is over het gehele volume 19.

Het eerste circuit 15 bevat bij voorkeur buizen, welke het koelmiddel 10 doorvoeren van een ingang 22 naar een uitgang 23. Meer bepaald bevat het eerste circuit 15 een eerste buis 20 behorend tot het eerste segment 17 welke eerste buis 20 het koelmiddel 10 van de ingang 22 naar de uitgang 23 kan doorvoeren, en bevat het eerste circuit een tweede buis 21 behorend tot het tweede segment 18 welke tweede buis 21 het koelmiddel 10 van de ingang 22 naar de uitgang 23 kan doorvoeren. Het eerste circuit 15 is bij voorkeur ingericht voor het doorvoeren van CO2.

Het eerste segment 17 en het tweede segment 18 hebben een regelbare doorvoer. Het eerste segment is ingericht om het koelmiddel 10 onafhankelijk van het tweede segment 18 door te voeren. Daarbij wil onafhankelijk zeggen dat koelmiddel doorheen het eerste segment kan stromen ongeacht of er koelmiddel 10 doorheen het tweede segment stroomt. Het tweede segment

2018/5663

BE2018/5663 is ingericht om het koelmiddel 10 onafhankelijk van het eerste segment 18 door te voeren. Een segment dat koelmiddel 10 doorvoert wordt beschouwd als een operationeel segment. Het eerste segment 17 en het tweede segment 18 kunnen dus onafhankelijk van elkaar operationeel zijn.

De eerste buis 20 en de tweede buis 21 hebben elk een vooraf bepaalde inhoud en lengte. De vooraf bepaalde lengte en/of inhoud van de eerste buis 20 is bij voorkeur verschillend dan de vooraf bepaalde lengte en/of inhoud van de tweede buis 21. Het koelmiddel 10 kan door het eerste segment 17, door het tweede segment 18 of door een combinatie van het eerste segment en het tweede segment doorgevoerd worden.

Het tweede circuit 16 bevat meerdere parallelle lamellen 26. Lamellen 26 zijn ingericht voor het uitwisselen van warmte tussen de warme omgevingslucht 5 en het koelmiddel 10. Lamellen 26 zijn bij voorkeur ingericht voor het voorzien in een groot contactoppervlak tussen de omgevingslucht en het eerste circuit 15. De lamellen 26 liggen bij voorkeur parallel ten opzichte van elkaar. Hierdoor kan het volume 19 gedefinieerd worden als de lamellen 26 en de ruimte tussen aaneengrenzende lamellen 26. De lamellen 26 zijn bij voorkeur ingericht voor het houden van het eerste circuit 15.

De eerste buis 20 en de tweede buis 21 bevatten respectievelijk eerste buisdelen en tweede buisdelen. Deze buisdelen liggen nagenoeg parallel ten opzichte van elkaar in het volume 19. Bij voorkeur steekt elk buisdeel dwars doorheen de lamellen 26 zodanig dat elk buisdeel in contact komt met nagenoeg alle lamellen 26 in het volume 19. Bij voorkeur worden de buisdelen in een nagenoeg loodrechte richting verbonden met de lamellen 26.

Het volume 19 is het gebied waarin de warmte-uitwisseling plaatsvindt. De luchtstroom van omgevingslucht 5 wordt door het volume geforceerd. Hierdoor wordt de omgevingslucht 5 langs de lamellen 26 gevoerd. Aangezien de lamellen in contact staan met de het eerste circuit 15 via de buisdelen, is warmte uitwisselbaar met het koelmiddel 10. De vakman zal inzien dat het volume 19 op figuur 2 groter of kleiner kan zijn dan gedefinieerd voor het verduidelijken van de figuur. Anders zouden buitenste lamellen en de randen van het volume 19 samenvallen, hetgeen moeilijk weer te geven is in de figuur.

Elk segment heeft ter plaatste van een eerste uiteinde de ingang 22 en ter plaatse van het andere uiteinde de uitgang 23. De ingang 22 en de uitgang 23 zijn bij voorkeur ingericht voor een koppelen aan het buizencircuit 9 van het koelsysteem. Hierdoor maakt het eerste circuit 15 een deel uit van het buizencircuit.

Figuur 3 toont een schema van een doorsnede loodrecht op de buisdelen van een verdamper met twee segmenten volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding. Figuur 3 toont de buisdelen van het eerste segment 17 en het tweede segment 18, welke buisdelen parallel liggen ten opzichte van elkaar. In figuur 3 is het patroon zichtbaar. De buisdelen in het patroon zijn in rijen

2018/5663

BE2018/5663 en kolommen opgedeeld in figuur 3. Figuur 3 illustreert verder hoe de meerdere buisdelen opgedeeld kunnen worden in twee segmenten. Meer bepaald is in figuur 3 een verbinding getoond tussen buisdelen die bij eenzelfde segment horen. Uit de getoonde verbindingen is ook af te leiden hoe elk segment verdeeld is over nagenoeg het gehele volume.

Het eerste segment 17 wordt door een lijn weergegeven, waarbij de lijn de ingang 22, de buisdelen en de uitgang 23 van het eerste segment 17 verbindt. Het tweede segment 18 wordt door een andere lijn weergegeven, waarbij de lijn de ingang 22, de buisdelen en de uitgang 23 van het tweede segment 18 verbindt. In figuur 3 bevat het eerste segment 17 twee keer zoveel buisdelen dan het tweede segment 18.

In het ontstane patroon zijn voor elk buisdeel naburige buisdelen te onderscheiden. Een centraal buisdeel heeft acht naburige buisdelen, een randbuisdeel is een buisdeel dat zich aan een rand van het patroon bevindt en heeft zes naburige buisdelen en een hoekbuisdeel is een buisdeel dat zich op een hoek van het patroon bevindt en heeft drie naburige buisdelen. Voor de vakman is het duidelijk dat verschillende uitvoeringsvormen andere patronen kunnen hebben, waarbij het aantal naburige buisdelen anders is.

Een buisdeel behorend tot het eerste segment 17 heeft steeds een naburig buisdeel behorend tot het tweede segment 18. Een buisdeel behorend tot het tweede segment 18 heeft steeds een naburig buisdeel behorend tot het eerste segment 17. Hierdoor wordt een goede spreiding doorheen het volume 19 van elk segment verzekerd. Het zal voor de vakman duidelijk zijn dat andere uitvoeringsvormen kunnen bedacht worden waarin niet elk buisdeel behorend tot het eerste segment 17 een naburig buisdeel behorend tot het tweede segment 18 heeft, zonder af te wijken van de werkingsprincipes van de uitvinding. Dit kan bijvoorbeeld door de verdamper 1 zodanig aan te passen dat een hoekbuisdeel van het eerste segment 17 geen naburige buisdelen behorend tot het tweede segment 18 bevat. Bij voorkeur heeft elk centraal buisdeel behorend tot het eerste segment 17 een naburig buisdeel behorend tot het tweede segment 18, verder bij voorkeur hebben alle centrale buisdelen en randbuisdelen behorend tot het eerste segment 17 een naburig buisdeel behorend tot het tweede segment 18, meest bij voorkeur heeft elk buisdeel behorend tot het eerste segment 17 een naburig buisdeel behorend tot het tweede segment 18.

Figuur 4 laat een vereenvoudigde schematische weergave zien van een koelsysteem met een verdamper volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding. Hiertoe is de verdamper 1 aan ingang 22 en uitgang 23 verbonden met het buizencircuit 9, waardoor het eerste circuit 15 van verdamper 1 een deel uitmaakt van het buizencircuit 9. Het buizencircuit 9 is een gesloten circuit, bevattende het koelmiddel 10. Verder is het koelsysteem ingericht met één of meerdere kleppen 28. De één of meerdere kleppen 28 maken het mogelijk om de doorvoer van het koelmiddel 10 door het eerste segment 17 en het tweede segment 18 te regelen. Bij voorkeur wordt

2018/5663

BE2018/5663 de doorvoer van het koelmiddel 10 geregeld door een driewegklep. Alternatief wordt de doorvoer van het koelmiddel 10 geregeld door een klep aan de ingang 22 van elk segment. Verder alternatief kunnen kleppen voorzien worden ter plaatse van de uitgang van elk segment.

Figuur 5 laat een schematisch model zien van een verdamper volgens een alternatieve uitvoeringsvorm van de uitvinding. De verdamper volgens deze alternatieve uitvoeringsvorm bevat een eerste segment 17, een tweede segment 18 en een derde segment 24. Het derde segment is, net zoals het eerste en tweede segment, gevormd als een buis welke ingericht is om het koelmiddel 10 door te voeren van een ingang 22 naar een uitgang 23. Het derde segment 24 is ook verspreid over nagenoeg het volledige volume 19. De vakman zal inzien dat het mogelijk is om een verschillende inhoud en/of lengte te gebruiken voor elk segment waardoor er meer keuze is in het kiezen van de verhouding.

Het koelsysteem bevattende een verdamper in een uitvoeringsvorm zoals getoond in figuur 5 is ingericht met kleppen welke de doorvoer van het koelmiddel 10 door de verschillende segmenten regelen. Hierdoor is elk segment van de verdamper onafhankelijk van de andere segmenten bruikbaar.

Op basis van de beschrijving hierboven zal de vakman begrijpen dat de uitvinding op verschillende manieren en op basis van verschillende principes kan uitgevoerd worden. Daarbij is de uitvinding niet beperkt tot de hierboven beschreven uitvoeringsvormen. De hierboven beschreven uitvoeringsvormen, alsook de figuren zijn louter illustratief en dienen enkel om het begrip van de uitvinding te vergroten. De uitvinding zal daarom niet beperkt zijn tot de uitvoeringsvormen die hierin beschreven zijn, maar wordt gedefinieerd in de conclusies.

Claims

1. Verdamper voor het gebruik in een koelsysteem, waarbij de verdamper een eerste circuit en een tweede circuit bevat, waarbij het eerste circuit ingericht is voor het doorvoeren van een eerste fluïdum en het tweede circuit ingericht is voor het doorvoeren van een tweede fluïdum, waarbij het tweede circuit een volume definieert en waarbij het eerste circuit verspreid is over nagenoeg het gehele volume om een warmte-uitwisseling tussen het eerste fluïdum en het tweede fluïdum te faciliteren, waarbij het eerste circuit minstens twee segmenten bevat welke minstens twee segmenten ingericht zijn om onafhankelijk van elkaar het eerste fluïdum door te voeren, daardoor gekenmerkt dat de minstens twee segmenten elk verspreid zijn over nagenoeg het gehele volume.

2. Verdamper volgens conclusie 1, waarbij het eerste circuit aangepast is voor het doorvoeren van CO2 als eerste fluïdum.

3. Verdamper volgens conclusie 1 of 2, waarbij het tweede circuit aangepast is voor het doorvoeren van omgevingslucht als tweede fluïdum.

4. Verdamper volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij een eerste segment van de minstens twee segmenten een eerste buis bevat welke zich van een eerste ingang naar een eerste uitgang uitstrekt en waarbij een tweede segment van de minstens twee segmenten een tweede buis bevat welke zich van een tweede ingang naar een tweede uitgang uitstrekt.

5. Verdamper volgens conclusie 4, waarbij de eerste buis een eerste inhoud heeft die groter is dan een tweede inhoud van de tweede buis.

6. Verdamper volgens conclusie 4 of 5, waarbij de eerste buis een eerste lengte heeft die groter is dan een tweede lengte van de tweede buis.

7. Verdamper volgens één van de conclusies 4-6, waarbij de eerste en tweede buis buisdelen bevatten, welke buisdelen in het volume nagenoeg parallel ten opzichte van elkaar liggen, en waarbij nagenoeg elk buisdeel een eerste naburig buisdeel heeft behorend tot de eerste buis en een tweede naburig buisdeel heeft behorend tot de tweede buis zodanig dat de minstens twee segmenten elk verspreid zijn over nagenoeg het gehele volume.

2018/5663

BE2018/5663

8. Verdamper volgens conclusie 7, waarbij de buisdelen een patroon vormen.

9. Verdamper volgens conclusie 8, waarbij naburige buisdelen in het patroon direct grenzend zijn.

10. Verdamper volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het tweede meerdere parallelle lamellen bevat en waarbij het volume gedefinieerd wordt door de meerdere parallelle lamellen.

11. Koelsysteem bevattende de verdamper volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het koelsysteem verbonden is met het eerste circuit van de verdamper voor het doorvoeren van het eerste fluïdum, waarbij het eerste fluïdum een koelmiddel van het koelsysteem is.

12. Koelsysteem volgens conclusie 11, waarbij het koelsysteem minstens één klep bevat voor het regelen van het eerste fluïdum, zodanig dat een eerste doorvoer van het eerste fluïdum door het eerste segment en een tweede doorvoer van het eerste fluïdum door het tweede segment onafhankelijk van elkaar regelbaar zijn.

13. Koelcircuit volgens conclusie 11 of 12, verder bevattende een ventilator voor het forceren van een luchtstroom doorheen het tweede circuit.