NL1013212C2

NL1013212C2 - Samenstel van een gaskoeler en koudemiddelkoeler, gaskoeler, alsmede gebruik van een dergelijk samenstel respectievelijk gaskoeler en werkwijze voor het tussenkoelen bij meertrapskoelsystemen.

Info

Publication number: NL1013212C2
Application number: NL1013212A
Authority: NL
Inventors: Titus Maria Chris Bartholomeus
Original assignee: Grasso Products B V
Priority date: 1999-10-05
Filing date: 1999-10-05
Publication date: 2001-04-06
Also published as: AU1062901A; ZA200202691B; WO2001035036A1; EP1218675A1

Description

Samenstel van een gaskoeler en koudemiddelkoeler, gaskoeler, alsmede gebruik van een dergelijk samenstel respectievelijk gaskoeler en werkwijze voor het tussenkoelen bij meertrapskoelsystemen.

5

De uitvinding heeft volgens een eerste aspect van de aanvrage betrekking op een samenstel voor het het koelen van een gas met een verdampend eerste, bij voorkeur met het te koelen gas in contact te brengen, koudemiddel, bij voorkeur een film-verdampend eerste koudemiddel, omvattende: 10 - een gaskoeler van het spleettype met een veelheid plaatachtige wandelementen, die onder vrijlating van daartussen begrensde, bij tegenoverliggende einden met telkens een andere aangrenzende spleet tot een keten van spleten verbonden onderling evenwijdig zijn opgesteld en; een koudemiddelkoeler voor het koelen, in het bijzonder onderkoelen, van een 15 tweede koudemiddel.

Een dergelijk samenstel is bekend. Verwijzend naar figuren 1 t/m 3, levert aanvraagster, Grasso Products B.V., dergelijke samenstellen bijvoorbeeld al vele jaren onder de aanduiding 'tussenkoelsysteem B' ('interstage cooling system B'), zie fig. 2. Dit bekende tussenkoelsysteem B is in feite een combinatie van een persgaskoeler (19), 20 zoals door aanvraagster al jaren in de handel gebracht onder de aanduiding 'tussenkoelsysteem A', en een separate koudemiddelkoeler (18), in het bijzonder een vloeistof-onderkoeler. Het door aanvraagster al jaren op de markt gebrachte tussenkoelsysteem A is een gaskoeler (19) van het spleettype en bestaat in wezen uit een veelheid pijpen, die met onderlinge tussenruimten in elkaar zijn gestoken en 25 verticaal zijn opgesteld. De tussenruimtes tussen aangrenzende in elkaar gestoken pijpen vormen daarbij cilindrische spleten, die bij de kopse einden telkens zijn verbonden met een andere aangrenzende spleet om een aaneengesloten zig-zagketen van cilindrische spleten te vormen. Aan het begin van de keten van spleten, in het algemeen de buitenste spleet, wordt van de zgn. lagedrukzijde (1, fig.1) - verder 'LD-30 zijde' genoemd - afkomstig heet persgas waarin van de zogenaamde hogedrukzijde (2) -verder 'HD-zijde' genoemd - afgetakt vloeibaar koudemiddel is ingespoten via een inlaat in de keten van spleten (19) geleid. Het hete persgas en ingespoten, verdampend, koudemiddel worden door de keten van spleten geleid terwijl het koudemiddel 1013212 2 verdampt onder afkoeling van het hete gas om vervolgens aan het eind van de keten via de uitlaat van de gaskoeler 19 naar de HD-zijde (2) te worden doorgevoerd. De inspuiting van de van de HD-zijde (2) afgetaJkt koudemiddel in het van LD-zijde (1) afkomstige hete gas wordt geregeld door een thermostatische expansieklep 11, welke 5 aangestuurd (13) wordt door een aan/in/bij de uitlaat van de gaskoeler 19 geplaatste temperatuurs- en/of druksensor 12. De separaat opgestelde onderkoeler (18) is in feite niets anders dan een conventionele warmtewisselaar waarin twee onderling gescheiden, in warmte uitwisselend verband opgestelde kanalenstelsel zijn ondergebracht. Door het eerste kanalenstelsel wordt van de HD-zijde 2 afkomstig en afgetakt geëxpandeerd 10 koudemiddel geleid en door het tweede kanalenstelsel wordt de na de aftakking van koudemiddel resterende hoofdstroom van koudemiddel geleid, waarbij dan door verdere expansie van de afgetakte stroom koudemiddel de’hoofdstroom koudemiddel verder onderkoeld wordt. De van de HD-zijde (2) afgetakte stroom koudemiddel wordt dan na verlaten van de warmtewisselaar (18) gebruikt voor inspuiting in de van de LD-15 zijde (1) afkomstige stroom (9) heet gas om vervolgens met het hete gas door de zojuist beschreven gaskoeler 19 van het spleettype met in elkaar gestoken pijpen te worden gevoerd. Dergelijke tussenkoelsamenstellen met een gaskoeler van het spleettype en een separate vloeistofonderkoeler zijn algemener, dan alleen afkomstig van aanvraagster, bekend en worden ook door andere leveranciers geleverd.

20 Een separate koudemiddelkoeler of vloeistofonderkoeler heeft als nadeel dat deze afzonderlijk gemonteerd moet worden en/of los meegeleverd moet worden, dat deze relatief veel ruimte inneemt, dat de veelal gesoldeerde aansluitingen en verbindingen van dergelijke platenwarmtewisselaars relatief zwak en niet goed bestand tegen trillingen zijn. Wellicht het belangrijkste nadeel van een separate koudemiddelkoeler 25 doet zich specifiek voor bij koudemiddelen met een hogeverdampingswarmte in combinatie met een laag soortelijk gewicht/lage soortelijke massa, waarbij na expansie een hoog volumeaandeel aan gas ontstaat en dus een zeer kleine volumeaandeel vloeistof. Een dergelijk koudemiddel is bijvoorbeeld ammoniak. Bij een dergelijk koudemiddel is het verdelen van het restant nog te verdampen vloeibaar 30 koudemiddel/vloeistof over een warmtewisselaar met meerderer parallelle kanalen/ pijpen technisch niet haalbaar.

1013212 3

De onderhavige uitvinding heeft tot doel het verschaffen van een verbeterd samenstel van de aan het begin genoemde soort, welk verbeterd samenstel voomoemde problemen, althans een deel daarvan, overkomt.

Voomoemd doel wordt volgens de uitvinding verrassenderwijs bereikt doordat de 5 koudemiddelkoeler een in tenminste één van de veelheid wandelementen gevormd kanaal of kanalenstelsel omvat dat van de keten van spleten gescheiden is. Oftewel het blijkt verrassenderwijs mogelijk te zijn de koudemiddelkoeler of koudemiddelonderkoeler in de gaskoeler te integreren door in ten minste één van de de spleten begrenzende wanden een kanaal of kanalenstelsel te vormen waardoorheen het 10 te (onderkoelen koudemiddel ten behoeve van het daaraan onttrekken van warmte wordt geleid. Dat dit mogelijk is, is verrassend, daar bij gaskoelers van het spleettype het te koelen hete gas met temperaturen van gewoonlijk 'hoger dan 80°C en in het algemeen minder dan 170°C het inwendige van de gaskoeler, in het bijzonder de de spleten begrenzende wanden daarvan, neigt te verwannen, hetgeen dan impliceert dat 15 het door tenminste één van die wanden geleide verder te koelen koudemiddel nu juist verwarmd wordt door warmteopname in plaats van dat dit, zoals de bedoeling is, wordt gekoeld door het daaraan onttrekken van warmte. Aanvraagster is tot het inzicht gekomen dat integratie van een gaskoeler en koudemiddelonderkoeler tot een geheel toch mogelijk is.

20 Volgens een voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding is dit mogelijk doordat het samenstel isolatiemiddelen omvat, die het ten minste ene van het kanaal of kanalenstelsel voorziene wandelement, althans tijdens bedrijf, geheel of gedeeltelijk van de te koelen gasstroom isoleren. Dergelijke isolatiemiddelen kunnen volgens de uitvinding gerealiseerd worden door het samenstel, in het bijzonder de stroom eerste 25 koudemiddel, tijdens bedrijf zodanig aan te sturen dat het eerste koudemiddel langs tenminste een gedeelte van het uitwendige van het het kanaal of kanalenstelsel bevattende wandelement een film van vloeibaar, verdampend eerste koudemiddel vormt. Een dergelijke aansturing is voor een gemiddeld vakman betrekkelijk eenvoudig op uiteenlopende wijzen te realiseren. Van belang zijnde factoren zullen hierbij onder 30 meer zijn: de snelheid waarmee het te koelen gas langs het wandelement stroomt, de temperatuur van het te koelengas; de fysische eigenschappen van het gas; de hoeveelheid eerste koudemiddel; de temperatuur van het eerste koudemiddel; de fysische eigenschappen van het eerste koudemiddel; de fysische eigenschappen van het 1013212 4 wandelement etc. Een filmdikte van minder dan 200 micrometer, over het algemeen zelfs minder dan 100 micrometer, is aanvraagster gebleken in geval van ammoniak al een voldoende isolerende werking te verschaffen. In plaats daarvan kunnen de isolatiemiddelen ook permanent aanwezige middelen omvatten, zoals volgens een van 5 de voorkeursuitvoeringsvormen een schot, dat de spleet verlopend langs het het kanaal resp. kanalenstelsel bevattende wandelement verdeelt in een eerste, aan het wandelement grenzende compartiment, en een tweede aan de van het wandelement afgekeerde zijde van het schot grenzende compartiment, waarbij het te koelen gas dan door het tweede compartiment wordt geleid en het eerste compartiment tengevolge van 10 de tussenruimte tussen het schot en het wandelement een isolerende werking heeft.

Volgens een verdere voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat de veelheid plaatachtige wandelementen een veelheid pijpen, die met onderlinge, de spleten vormende, cilindrische tussenruimten in elkaar zijn gestoken, en waarbij die tegenoverliggende einden de kopse einden van de cilindrische spleten zijn.

15 Ingeval de veelheid plaatachtige wandelementen een veelheid pijpen omvat, is het volgens de uitvinding van bijzonder voordeel wanneer het kanaal een schroeflijnvormig door de wand van die tenminste ene pijp verlopend kanaal is respectievelijk wanneer het kanalenstelsel een stelsel van schroeflijnvormig door de wand van die tenminste ene pijp verlopende kanalen is. Aldus is te bereiken dat de 20 warmteoverdachtscoëfïïciënt het te koelen tweede koudemiddel naar de film eerste koudemiddel in wezen gelijkwaardig, althans in dezelfde orde van grootte, wordt als de warmteoverdracht van het te koelen gas naar de film eerste koudemiddel.

Teneinde zogenaamde zweetvorming aan de buitenzijde van de gaskoeler van het spleettype met in elkaar gestoken pijpen te verhinderen, is het volgens de uitvinding 25 van voordeel wanneer de veelheid in elkaar gestoken pijpen een buitenste pijp en een veelheid binnenste pijpen omvat, en wanneer het kanaal respectievelijk kanalenstelsel van de koudemiddelkoeler is gevormd in tenminst één van de veelheid binnenste pijpen. Volgens een verdere voordelige uitvoeringsvorm is hierbij het kanaal resp. kanalenstelsel van de koudemiddelkoeler gevormd in één of meer van de buitenste 30 pijpen van de veelheid binnenste pijpen, bij voorkeur in de buitenste pijp van de veelheid binnenste pijpen. Dit is onder meer constructie-technisch van voordeel, daar de pijpen voor het aansluiten van de toevoer voor te koelen tweede koudemiddel en afVoer voor gekoeld tweede koudemiddel dan relatief het gemakkelijkst bereikbaar zijn.

1013212 5

Ditzelfde geldt ook voor de aansluitingen van de toevoeren voor eerste koudemiddel en te koelen gas, waarbij dan nog opgemerkt kan worden dat het ten behoeve van het koelen van het tweede koudemiddel van voordeel is dit met zo koud mogelijk eerste koudemiddel in warmteuitwisseling te brengen en dat de afvoer van gekoeld gas 5 vermengd met eerste koudemiddel gezamenlijk via één uitlaat kan plaatsvinden, die in het bijzonder vanwege de centrale enkele gemeenschappelijke uitlaat eenvoudig is te realiseren door de binnenste pijp ten opzichte van de daaromheen gelegen pijpen te verlengen.

Volgens een, gedeeltelijk hiervoor al aangekondigde, bijzonder de voorkeur 10 hebbende uitvoeringsvorm van de uitvinding, omvatten de isolatiemiddelen een schot, dat is gevormd aan de ene zijde en/of andere zijde van het tenminste ene wandelement waarin het kanaal respectievelijk kanalenstelsel van de koucïemiddelkoeler is gevormd, verdeelt dat schot die spleet in een eerste compartiment aan de naar dat tenminste ene wanddeel toegekeerde zijde van het schot en een tweede compartiment aan de van dat 15 tenminste ene wanddeel afgekeerde zijde van het schot, is het eerste compartiment, in doorstromingsrichting beschouwd, stroomopwaarts met de koudemiddel-inlaat voor het in de gaskoeler inlaten van het eerste koudemiddel verbonden, is het tweede compartiment, in doorstromingsrichting beschouwd, stroomopwaarts met de gasinlaat voor te koelen gas verbonden, en staan bij voorkeur het eerste en tweede compartiment 20 in doorstromingsrichting daarvan beschouwd, stroomafwaarts onderling met elkaar in verbinding om het koudemiddel met het gas in contact te laten komen. Het schot creëert hierbij een loze, met gas en/of vloeistof van het tweede koudemiddel vulbare tussenruimte tussen het te koelen hete gas en het het kanaal respectievelijk kanalenstelsel voor tweede koudemiddel bevattende wandelement. Afhankelijk van de 25 snelheid waarmee het te koelen gas wordt afgekoeld, de lengte van de spleet en andere factoren kan het schot volgens de uitvinding zich door een gedeelte van een spleet of een gehele spleet of zelfs geheel of gedeeltelijk aan weerszijden van het met tweede koudemiddel doorstroomde wandelement uitstrekken. Dit daar zodra het te koelen gas tot een bepaalde temperatuur is afgekoeld, de warmte van het al dan niet nog verder te 30 koelen gas onvoldoende zal zijn om het door het betreffende wandelement gevoerde tweede koudemiddel te kunnen opwarmen, althans te kunnen opwarmen tot boven de inlaattemperatuur daarvan.

1013212 6

Het schot heeft dus als taak het direct contact tussen het te koelen, in het bijzonder hete gas, en het wandelement waardoorheen het te koelen tweede koudemiddel wordt gevord, te verhinderen en aldus het hete gas van het te koelen tweede koudemiddel te isoleren.

5 Een tweede effect van het schot - dat als zodanig ook geheel los van het al dan niet met tweede koudemiddel doorstromen van het betreffende wandelement kan worden gezien - is, dat de onderverdeling van de aan het buitenste wandelement grenzende eerste spleet van de keten van spleten in een eerste compartiment waardoorheen het eerste (of eventueel enige) koudemiddel wordt gevoerd en een 10 tweede (aan het buitenste wandelement) grenzend compartiment waardoorheen te koelen gas wordt gevoerd, zweetvorming aan de buitenzijde van het buitenste wandelement verhindert, of althans tegengaat, doordat dit buitenste wandelement door het warme/hete gas verwamd zal worden en van het voor het koelen van het gas gebruikte eerste of enige koudemiddel geïsoleerd is door de tussenruimte tengevolge 15 van het tweede compartiment. Voor wat betreft een veelheid wandelementen in de vorm van in elkaar gestoken pijpen, is dit het onderwerp van de conclusies 10 en 11 van de onderhavige aanvrage dat een zelfstandig tweede aspect van de aanvrage vormt. Zoals uit de beschrijving van de hiervoor geschetste anti-zweetwerking echter duidelijk moge zijn, is het onderwerp van conclusies 10 en 11 in ruimere zin toepasbaar op 20 gaskoelers van het spleettype in ruimere zin, dus ook bijvoorbeeld gaskoelers van hét spleettype opgebouwd uit een veelheid evenwijdige platte platen.

Opdat het door het eerste compartiment gevoerde eerste koudemiddel via het schot warmte met het door het tweede compartiment gevoerde, te koelen gas kan uitwisselen, is het volgens de uitvinding van voordeel wanneer het schot is uitgevoerd 25 in een warmte-geleidend materiaal, zoals een metalen plaat.

Zowel volgens het eerste aspect als het tweede aspect van de onderhavige aanvrage is het van voordeel wanneer de spleten van de keten van spleten, beschouwd dwars op de spleetrichting en doorstromingsrichting, onderling een telkens in wezen gelijk doorlaatoppervlak hebben. Onder in wezen gelijk doorlaatoppervlak wordt niet 30 bedoeld dat de doorlaatoppervlakken per se identiek van grootte moeten zijn, veeleer dat hierop enige marge, bij voorbeeld een bandbreedte van 10 a 20% in variatie van de doorlaatoppervlakken, mogelijk is.

1013212 7

De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op het gebruik van een samenstel volgens de uitvinding voor het koelen van ammoniakgas, waarbij het eerste koudemiddel ammoniak is en bij voorkeur ook het tweede koudemiddel ammoniak is. Echter ook andere koudemiddelen, zoals freon, zijn bij het samenstel volgens de 5 uitvinding toepasbaar.

De uitvinding heeft tevens betrekking op het gebruik van een gaskoeler volgens de uitvinding voor het koelen van een ammoniakgas, waarbij het koudemiddel ammoniak is. Echter ook andere koudemiddelen, zoals freon, zijn bij de gaskoeler volgens de uitvinding toepasbaar.

10 De uitvinding heeft verder tevens betrekking op het gebruik van een samenstel volgens de uitvinding in een meertrapskoelinstallatie voor het door inspuiting van van de hogedrukzijde afkomstig en afgetakt koudemiddel in'van van de lagedrukzijde afkomstig gas koelen van dat gas en het middels het van de hogedrukzijde afgetakte koudemiddel onderkoelen van de hoofdstroom van van de hogedrukzijde afkomstig 15 koudemiddel.

De uitvinding heeft verder eveneens betrekking op het gebruik van een gaskoeler volgens de uitvinding in een meertrapskoelinstallatie voor het koelen van van de lagedrukzijde afkomstig gas door het daarin inspuiten van van de hogedrukzijde afkomstig koudemiddel.

20 De uitvinding heeft volgens het eerste aspect van de aanvrage verder oolc betrekking op een werkwijze voor het in een meertrapskoelinrichting tussenkoelen van van een lagedrukzijde afkomstig gas en voor het koelen, bij voorkeur onderkoelen, van van een hogedrukzijde afkomstig vloeibaar, althans gedeeltelijk vloeibaar, koelmedium, waarbij het van de hogedrukzijde afkomstige koelmedium wordt verdeeld 25 in een aftakstroom en een hoofdstroom, waarbij de hoofdstroom door een in een wandelement gevormd kanaal of kanalenstelsel wordt geleid, waarbij het te gebruiken gas langs het wandelement wordt geleid, waarbij de aftakstroom aan een expansiestap wordt onderworpen en vervolgens zodanig met het wandelement in contact wordt gebracht dat het langs ten minste een gedeelte van het uitwendige van het wandelement 30 en het wandelement van het te koelen gas isolerende vloeibare film vormt.

In de bijgevoegde tekeningen tonen fig. 1-3 voorbeelden van twee tweetrapskoelinrichtingen als bekend uit de stand der techniek. De combinatie van fig. 1 met fig.2 is in het bijzonder in de beschrijvingsinleiding al besproken. De fig. 1 t/m 3 1013212 8 zullen in het navolgende kort nader worden toegelicht, voornamelijk door het benoemen van de onderdelen.

Fig. 1 toont een schematische opzet van een tweetrapskoelinstallatie in algemene zin. De stromingsrichting van de diverse leidingen is telkens met een pijlteken nader 5 aangeduid. De tweetrapskoelinrichting bestaat uit een zgn. lagedrukzijde 1, verder 'LD-zijde' genaamd, een hogedrukzijde 2, verder 'HD-zijde' genaamd, en daartussen een tussenkoeleenheid 3. In de LD-zijde bevindt zich de verdamper 4 waarmee warmte aan de eindgebruiker onttrokken wordt, ofwel koude aan de eindgebruiker wordt afgegeven, een voor de verdamper geschakelde regelklep 5 van het smoortype, ook wel 10 'smoorregelklep' genaamd, en een achter de verdamper 4 geschakelde compressor 6. De HD-zijde 2 bestaat uit een condensor 7 welke de in hoofdzaak door de verdamper 4 opgenomen warmte aan de omgeving afgeeft en een daarvoor geschakelde compressor 8. Tussen de LD-zijde 1 en HD-zijde 2 vindt een tussenkoeling plaats van het uit LD-zijde, uit leidingdeel 9, afkomstige hete, gasvormig, koudemiddel door het hierin van 15 van de hogedrukzijde afkomstig (uit leidingdeel 10) in wezen vloeibaar, koudemiddel afgetakt, door een expansieklep 11, bij voorkeur een thermostatische expansieklep 11 (die wordt gestuurd door de via signaalleiding 13 bij de taster 12 gemeten drukken of temperatuur), geleid koudemiddel in te spuiten en het mengsel vervolgens in een gaskoeler 14 van het spleettype met in elkaar gestoken pijpen warmte te laten 20 uitwisselen (zie fig. 3). Door tussen expansieklep 11 en gaskoeler 19 een warmtewisselaar 18 op te nemen, kan na de aftakking van een deel van de koudemiddelstroom de overblijvende hoofdstroom van koudemiddel in een warmtewisselaar 12 worden onderkoeld, dat wil zeggen, tot beneden de verzadigingstemperatuur gekoeld worden door dit in warmteuitwisselend contact met 25 de geëxpandeerde, afgetakte stroom koudemiddel, te brengen (zie fig. 2).

Aan de hand van de fig. 4 t/m 9 zal in het navolgende de onderhavige uitvinding nader worden toegelicht. Hierin toont:

Fig. 4 een schematische weergave van het schema van een tweetrapskoelinrichting, zoals in wezen uit de stand der techniek bekend en daarom in 30 wezen identiek aan fig. 1;

Fig. 5 een schematische weergave van een tussenkoelinrichting volgens het eerste aspect van de aanvrage voor een meertrapskoelinrichting volgens de uitvinding; 1013212 9

Fig. 6 een schematische weergave van een tussenkoelinrichting volgens het tweede aspect van de aanvrage voor een meertrapskoelinrichting volgens de uitvinding;

Fig. 7. een schematische weergave in langsdoorsnede van een samenstel volgens de uitvinding, zoals dit zowel bij de uitvoering volgens fig. 5 als de uitvoering volgens 5 fig. 6 gebruikt kan worden;

Fig. 8 het detail VIII-VIII uit figuur 7en

Fig. 9 een schematische weergave van een variant van een samenstel volgens de uitvinding.

In fig. 4 zijn voor overeenkomstige delen dezelfde verwijzingsnumers gebruikt 10 als in fig. 1. Uitzondering hierop is dat de tussenkoelinrichting in fig. 4 is aangeduid met 20. De vanuit de tussenkoelinrichting 20 de HD-zijde ingaande koudemiddelleiding is aangeduid met 15, de vanuit de tussenkoelinrichting 20 de LD-zijde ingaande koudemiddelleiding is aangeduid met 14, de vanuit de LD-zijde de tussenkoelinrichting 20 ingaande koudemiddelleiding is aangeduid met 9 en de vanuit 15 de HD-zijde de tussenkoelinrichting 20 ingaande leiding is aangeduid met 10.

De tussenkoelinrichting 20 kan overeenkomstig de uitvinding zijn geconfigureerd met koudemiddelkoeler of vloeistofonderkoeler (zie fig. 5) of zonder koudemiddelkoeler of vloeistofonderkoeler (zie fig. 6). Bij zowel de tussenkoelinrichting 20 volgens fig. 5 als de tussenkoelinrichting 20 volgens fig. 6 kan 20 gebruik worden gemaakt van het in fig. 7 gedetailleerder weergegeven samenstel 30 volgens de uitvinding, welk samenstel in wezen een geïntegreerde gaskoeler/koudemiddelkoeler of gaskoeler/vloeistofonderkoeler vormt Het wezenlijke verschil tussen de uitvormingsvorm volgens fig. 5 en fig. 6 is, dat bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 6 de leidingdelen 26 en 27 (fig. 5) als het ware zijn 25 kortgesloten zonder met het samenstel 30 te zijn verbonden. Het moge duidelijk zijn, dat bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 5 dan het in het wandelement 36 gevormde schroeflijnvormig kanaal 50 in wezen kan vervallen. Uit effectiviteitsoverwegingen zal het in de praktijk wellicht de voorkeur verdienen voor de uitvoeringsvorm van zowel fig. 5 als fig. 6 één uniform samenstel, bijvoorbeeld het samenstel 30 met een 30 wandelement 30 gevormd kanaal 50, te gebruiken en de inlaat 26 en uitlaat 27 naar dat kanaal 50 dan bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 6 onbenut te laten.

Fig. 7 en 8 tonen een geïntegreerd gaskoeler/koudemiddelkoelersamenstel 30 volgens de uitvinding. Het samenstel 30 is opgebouwd uit vier in elkaar gestoken 10:1 32 1 2

1G

pijpen 44, 42, 36, 47, waarbij pijp 36, zoals later nog zal toegelicht worden, is opgebouwd uit de onderdelen 37 en 38. Indien het nog later te bespreken schot 33 ook als pijp wordt beschouwd, dan is dit een vijfde pijp. De buitenste pijp 46 vormt de buitenmantel, waarvan het uitwendig oppervlak 47 met de omgeving in contact staat.

5 Binnen de buitenmantel 46 zijn opgenomen de binnenpijpen, achtereenvolgens pijp 36, pijp 42 en pijp 44. Tussen de buitenmantel en deze pijpen is telkens een tussenruimte vrij gelaten voor het vormen van achtereenvolgens cilindrische spleten 32/34,40 en 43. De pijpen 46, 36, 42 en 44 vormen plaatachtige wandelementen die de spleten 32/34, 40 en 43 begrenzen. De spleten 32/34, 40 en 43 zijn bij tegenoverliggende einden 39 10 resp. 41 telkens met hun aangrenzende spleet verbonden tot een keten van verbonden spleten. De spleet 32/34 is door een cilindrisch schot 33 onderverdeeld in een eerste compartiment 34 grenzend aan pijp 36 en een tweede compartiment 32 grenzend aan de buitenmantel 46. Via inlaat 9 en de cilindrische verdeelkamer 31 is het te koelen gas in spleet 32 te leiden. Dit te koelen gas zal dan door de spleet 32 naar het kopse eind 39 15 (in fïg. 7 naar links) stromen om bij het kopse eind 39 ofwel ruimte 39 als het ware 180° te worden omgekeerd en spleet 40 in te stromen, door spleet 40 naar het kopse eind 41 of ruimte 41 te stromen (in fïg. 7 naar rechts), in ruimte 41 als het ware 180° draaien om spleet 43 in te stromen en via spleet 43 naar het tegenover kopse eind 42 gelegen kopse eind 51 of ruimte 51 te stromen om aldaar in de ruimte 51 uit te stromen 20 om wederom 180° gedraaid te worden en via het inwendige 45 van pijp 44 naar uitlaat 15 te stromen en het samenstel 30 te verlaten.

Via inlaat 22 laat zich eerste koudemiddel 22 aan het samenstel toevoeren voor het koelen van het via inlaat 9 in het samenstel te leiden gas. Het eerste koudemiddel 22 zal via inlaat 22 in de cilindrische verdeelkamer 52 komen om vanuit de cilindrische 25 verdeelkamer 52 het eerste compartiment 34 of spleet 34 in te stromen, door deze spleet 34 in de richting van ruimte 39 (volgens fïg. 7 naar links) te stromen om zich vervolgens in ruimte 39 met het te koelen gas, dat via inlaat 9 een spleet 32 naar ruimte 39 is geleid, te vermengen en tezamen met dit gas via achtereenvolgens spleet 40, ruimte 41, spleet 43, ruimte 51 het inwendige 45 van pijp 44 naar uitlaat 15 te stromen. 30 Vooralsnog het koudemiddelkoelergedeelte buiten beschouwing latend en mede verwijzend naar fïg. 6 zal de werking tijdens bedrijf als volgt zijn:

Via leiding 21 wordt de stroom eerste koudemiddel afgetakt van de via leiding 10 van de HD-zijde afkomstige koudemiddelstroom, welke over het 1013212 1ί algemeen vloeibaar zal zijn, maar eventueel ook een gasvormige component kan bevatten. Deze afgetakte eerste koudemiddelstroom wordt via leiding 21 toegevoerd aan een expansieinrichting 25 in de vorm van een thermostatische expansieklep die via signaalleiding 23 en sensor 24 wordt gestuurd op de 5 temperatuur en/of druk in de gasuitlaat 15 van de tussenkoelinrichting 20. De regeling van de thermostatische expansieklep 25 zal daarbij, zoals op zich ook uit de stand van de techniek bekend, in het algemeen zijn ingesteld om in leiding 15 een bepaalde gewenste temperatuur zo nauwkeurig mogelijk te handhaven. De uit expansieinrichting 25 afkomstige geëxpandeerde eerste koudemiddelstroom 10 wordt via leiding 22 (in fig. 7, inlaat 22 genaamd) aan het samenstel 30 toegevoerd. Aan het samenstel 30 wordt via leiding 9 (in fig. 7, inlaat 9 genaamd) te koelen gas toegevoerd. Het te koelen gas zal de buitenmantel 46 verwarmen, evenals ook het cilindrische schot 33. Het schot 33 zal vanuit het eerste compartiment 34 door door dit eerste compartiment 34 stromend eerste 15 koudemiddel gekoeld worden en aldus zal het eerste koudemiddel van het hete gas afkomstige warmte opnemen en het hete gas afkoelen. Teneinde de afkoeling van het hete gas hierbij zo snel en efficiënt mogelijk te doen verlopen, zal men er naar streven het schot 33 aan de naar het eerste compartiment 34 gekeerde zijde daarvan te bekleden met een film eerste koudemiddel, welke film bijvoorbeeld 20 kleiner dan 100 micrometer kan zijn, ingeval van ammoniak als eerste koudemiddel. Om een dergelijke film te kunnen realiseren, is in het bijzonder van belang dat de stroomsnelheid van het eerste koudemiddel in compartiment 34 voldoende hoog is, bijvoorbeeld ligt in het bereik van 10 a 30 m/s. Door spleet 32/34 (die volgens de stand van de techniek niet in compartimenten is 25 onderverdeeld) middels schot 33 in een eerste en tweede compartiment onder te verdelen, wordt voorkomen dat het eerste koudemiddel, waarmee het te koelen gas gekoeld wordt, direct contact kan maken met de buitenmantel 46 en aldus wordt zweetvorming of condensafzetting aan het uitwendige oppervlak 47 van de buitenmantel 46 verhinderd, althans verregaand tegengegaan. In ruimte 39 zullen 30 de eerste koudemiddelstroom en de stroom te koelen gas samenkomen, met elkaar vermengen en via spleet 40 en spleet 43 verder gevoerd worden, terwijl het mengsel ondertussen nog verder warmte uitwisselt om aldus het gas verder te 1013212 12 koelen. De ruimte 51 zal de eerste koudemiddelstroom bij goede afstelling van het systeem geheel gasvormig zijn geworden.

Verwijzend naar de figuren 4,5,7 en 8 kan de na aftakking van de eerste koudemiddelstroom overblijvende hoofdstroom van van de HD-zijde afkomstig 5 koudemiddel, ook wel de tweede koudemiddelstroom genaamd, via leiding 26 (fig. 5) resp. inlaat 26 (fïg.7) in het kanaal 50 worden geleid. Kanaal 50 is een schroeflijnvormig kanaal dat is gevormd in de wand van pijp 36 en mondt aan het andere eind uit in een uitlaat 27 via welke de gekoelde tweede koudemiddelstroom naar de expansieklep 5 van de LD-zijde wordt afgevoerd. Het schroeflijnvormig kanaal 50 10 kan zijn gevormd door in een eerste pijpdeel 37 een schroeflijnvormige sleuf te frezen en deze schroeflijnvormige sleuf vervolgens af te sluiten door over het eerste pijp deel 37 een nauw sluitende huls 38 te schuiven. De tweede koudemiddelstroom zal via pijpdeel 36 en huls 38 warmte afgeven aan de relatief koudere, door eerste compartiment 34 of spleet 34 stromende eerste koudemiddelstroom. De tweede 15 koudemiddelstroom wordt aldus gekoeld en zal in de praktijk zelfs onderkoeld worden. Het schot 33, dat spleet 32/34 onderverdeelt in een eerste compartiment 34 waardoorheen de eerste koudemiddelstroom gaat en verder een tweede compartiment 32 waardoorheen het te koelen gas gaat, verhindert dat het te koelen, hete gas direct met pijp 36 in contact kan komen en aldus de tweede koudemiddelstroom zou kunnen 20 verwarmen in plaats van dat deze door de eerste koudemiddelstroom gekoeld wordt. Bij geschikt gekozen parameters, zoals lengte van de spleet 32/34 en stroomsnelheden van het te koelen gas en van de eerste koudemiddelstroom, zal het te koelen gas in ruimte 39 voldoende gekoeld zijn om in spleet 40 wel in direct contact met de pijp 36 te kunnen staan zonder de door het schroeflijnvormige kanaal 50 verlopende tweede 25 koudemiddelstroom per saldo op te warmen. Wel zal het door spleet 40 stromende mediummengsel de stroom tweede koudemiddel gedeeltelijk kunnen opwarmen, echter deze opwarming zal geringer zijn dan de afkoeling via de andere zijde van de pijp 36. Verwijzend naar de schematische weergave in fig. 9 zij erop gewezen dat het volgens de uitvinding ook mogelijk is om de scheiding van het te koelen gasstroom en stroom 30 eerste koudemiddel verder door te voeren door het schot 62 via een bochtdeel 67 en een tweede schot 68 tot langs de andere zijde van de pijp 36, in fig. 9 aangeduid als wandelement 64 met inwendig kanaal 65 voor tweede koudemiddel voort te zetten.

1013212 13

Zoals in fig. 9 met stippellijnen 71 is weergegeven kan het schot eventueel zelfs nog verder worden doorgetrokken.

Fig. 9 toont in wezen een schematische weergave van een gaskoeler van het spleettype opgebouwd uit een veelheid platte platen of wandelementen, t.w. buitenste 5 plaat 60, van een inwendig kanaal 65 voorziene plaat 64, plaat 70 en plaat 73. Tussen wandbuitenplaat 60 en plaat 64 is een spleet 61/63 gevormd, welke door schot 62 is onderverdeeld in een eerste compartiment 63 en een tweede compartiment 61. Tussen plaat 64 en plaat 70 is een spleet 66/69 gevormd die door een schot 68 gedeeltelijk in een eerste compartiment 66 en een tweede compartiment 69 is verdeeld. Tussen plaat 10 70 en 73 is een spleet 72 gevormd. Met pijl 76 is de toevoer van te koelen gas aangeduid, met pijl 77 is de toevoer van de eerste koudemiddelstroom aangeduid en met pijl 78 is de afvoer van gekoeld gas aangeduid. De op inwendig kanaal 65 uitmondende toevoer en afvoer voor de tweede koudemiddelstroom zijn niet weergegeven.

15 In geval het eerste koudemiddel, het tweede koudemiddel en het te koelen gas ammoniak betreffen, zal men echter de voorkeur aan geven het in fig. 7 weergegegeven samenstel van in elkaar gestoken buizen horizontaal oftewel liggend op te stellen. Dit daar de lengte van het buizensamenstel betrekkelijk lang kan worden In het geval van ammoniak als te koelen gas eerste koudemiddel, en tweede koudemiddel kunnen 20 indicatief voor de spleten de volgende waarden genoemd worden: het doorlaatoppervlak van de spleten kan tot circa 10000 mm2 bedragen, waarbij als voorbeeld de volgende waarden genoemd kunnen worden, 650 mm2, 1200 mm2, 2200 mm2, 3000 mm2, 4700 mm2 en 8000 mm2. Men zal er hierbij naar streven bij een samenstel de doorlaatoppervlakken van de spleten onderling in wezen gelijk te houden. 25 - Voor de spleetdiktes kan men denken aan diktes uiteenlopend van 1 mm of kleiner tot aan 25 mm of eventueel zelfs meer, waarbij bijvoorbeeld voor de spleetdiktes de volgende waarden genoemd kunnen worden: 2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18 mm alsmede ook daartussen liggende waarden. Wanneer het samenstel volgens de uitvinding bestaat uit een veelheid in 30 elkaar gestoken pijpen en voor doorlaatoppervlak van de spleten van één samenstel een in wezen constante waarde wordt nagestreefd, dan zal radiaal van buiten naar binnen gaand de spleetdikte van spleet tot spleet toenemen.

1013212

Claims

1. Samenstel voor het koelen van een gas met een verdampend eerste, bij voorkeur met het te koelen gas in contact te brengen, koudemiddel, bij voorkeur een 5 film-verdampend eerste koudemiddel, omvattende: een gaskoeler van het spleettype met een veelheid plaatachtige wandelementen, die onder vrijlating van daartussen begrensde, bij tegenoverliggende einden met telkens een andere aangrenzende spleet tot een keten van spleten verbonden, onderling evenwijdig zijn opgesteld; en 10. een koudemiddelkoeler voor het koelen, in het bijzonder onderkoelen, van een tweede koudemiddel, met het kenmerk, dat de koudemiddelkoeler een in ten minste één van de veelheid wandelementen gevormd kanaal- of kanalenstelsel omvat, dat van de keten van spleten gescheiden is.

2. Samenstel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het samenstel isolatiemiddelen omvat die het ten minste ene van het kanaal of kanalenstelsel voorziene wandelement, althans tijdens bedrijf, geheel of gedeeltelijk van de te koelen gasstroom isoleren.

3. Samenstel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de veelheid 20 plaatachtige wandelementen een veelheid pijpen omvat, die met onderlinge, de spleten vormende, cilindrische tussenruimtes in elkaar zijn gestoken, en waarbij die tegenoverliggende einden de kopse einden van de cilindrische spleten zijn.

4. Samenstel volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het kanaal een schroeflijnvormig door de wand van die ten minste ene pijp verlopend kanaal is 25 respectievelijk dat het kanalenstelsel een stelsel van schroeflijnvormig door de wand van die tenminste ene pijp verlopende kanalen is.

5. Samenstel volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat de veelheid in elkaar gestoken pijpen een buitenste pijp en een veelheid binnenste pijpen omvat, en dat het kanaal respectievelijk kanalenstelsel van de koudemiddelkoeler is gevormd in 30 tenminste één van de veelheid binnenste pijpen.

6. Samenstelsel volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het kanaal respectievelijk kanalenstelsel van de koudemiddelkoeler is gevormd in één of meer van 1013212 de buitenste pijpen van de veelheid binnenste pijpen, bij voorkeur in de buitenste pijp van de veelheid binnenste pijpen.

7. Samenstel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de isolatiemiddelen omvatten een schot, dat is gevormd aan de ene zijde en/of andere zijde 5 van het tenminste ene wandelement waarin het kanaal respectievelijk kanalenstelsel van de koudemiddelkoeler is gevormd, en waarbij dat schot die spleet verdeelt in een eerste compartiment aan de naar dat tenminste ene wandelement toegekeerde zijde van het schot en een tweede compartiment aan de van dat tenminste ene wandelement afgekeerde zijde van het schot, 10. waarbij het eerste compartiment, in doorstromingsrichting beschouwd, stroomopwaarts met de koudemiddel-inlaat voor het in de gaskoeler inlaten van het eerste koudemiddel is verbonden, ’ waarbij het tweede compartiment, in doorstromingsrichting beschouwd, stroomopwaarts met de gasinlaat voor te koelen gas is verbonden, en 15. waarbij bij voorkeur het eerste en tweede compartiment in doorstromingsrichting daarvan beschouwd, stroomafwaarts onderling met elkaar in verbinding staan om het koudemiddel met het gas in contact te laten komen.

8. Samenstel volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het schot is uitgevoerd in een warmtegeleidend materiaal, zoals een metalen plaat.

9. Samenstel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de spleten van de keten van spleten, beschouwd dwars op de spleetrichting en doorstromingsrichting, onderling een telkens in wezen gelijk doorlaatoppervlak hebben.

10. Gaskoeler voor het koelen van een gas met een verdampend, bij voorkeur 25 met het te koelen gas in contact te brengen koudemiddel, bij voorkeur een film-verdampend koudemiddel, waarbij de gaskoeler van het type is met een veelheid pijpen, die onder vrijlating van cilindrische, bij hun kopse einden tot een keten verbonden spleten, in elkaar zijn gestoken, met het kenmerk, 30 dat de spleet tussen de buitenste en op één na buitenste pijp door een cilindrisch schot is onderverdeeld in een aan de buitenste pijp grenzend buitenste compartiment en een aan de binnenste pijp grenzend binnenste compartiment, 1013212 waarbij het buitenste compartiment in doorstromingsrichting beschouwd, stroomopwaarts met de gasinlaat voor te koelen gas is verbonden, en waarbij het binnenste compartiment in doorstromingsrichting beschouwd stroomopwaarts met de koudemiddelinlaat is verbonden, en 5 - waarbij het binnenste en buitenste compartiment in doorstromingsrichting beschouwd stroomafwaarts samenkomen om het koudemiddel met het gas in contact te laten komen.

11. Gaskoeler volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de spleten van de keten van spleten, beschouwd dwars op de spleetrichting en doorstromingsrichting, 10 onderling een telkens in hoofdzaak gelijk doorlaatoppervlak hebben.

12. Gebruik van een samenstel volgens een der conclusies 1-9 voor het koelen van ammoniakgas, waarbij het eerste koudemiddel ammoniak is.

13. Gebruik volgens conclusie 12, waarbij het tweede koudemiddel ammoniak is.

14. Gebruik van een gaskoeler volgens conclusie 10 of 11 voor het koelen van 15 een ammoniakgas, waarbij het koudemiddel ammoniak is.

15. Gebruik van een samenstel volgens een der conclusies 1-9 in een meertrapskoelinstallatie voor het door inspuiting van van de hogedrukzijde afkomstig en afgetakt koudemiddel in van van de lagedrukzijde afkomstig gas koelen van dat gas en het middels het van de hogedrukzijde afgetakte koudemiddel onderkoelen van de 20 hoofdstroom van van de hogedrukzijde afkomstig koudemiddel.

16. Gebruik van een gaskoeler volgens een der conclusies 10-11 in een meertrapskoelinstallatie voor het koelen van van de lagedrukzijde afkomstig gas door het daarin inspuiten van van de hogedrukzijde afkomstig koudemiddel.

17. Werkwijze voor het in een meertrapskoelinrichting enerzijds tussenkoelen 25 van van een lagedrukzijde afkomstig gas en anderzijds koelen, bij voorkeur onderkoelen, van van een hogedrukzijde afkomstig vloeibaar, althans gedeeltelijk vloeibaar,koudemedium, waarbij het van de hogedrukzijde afkomstige koudemiddel wordt verdeeld in een aftakstroom en een hoofdstroom, 30. waarbij de hoofdstroom door een in een wandelement gevormd kanaal of kanalenstelsel wordt geleid, waarbij het te koelen gas langs het wandelement wordt geleid, 1013212 waarbij de afiakstroom aan een expansiestap wordt onderworpen en vervolgens zodanig met het wandelement in contact wordt gebracht dat het langs tenminste een gedeelte van het uitwendige van het wandelement een het wandelement van het te koelen gas isolerende vloeibare film koudemiddel vormt.

18. Koelinrichting voorzien van een smanestel volgesn een der conclusies 1-9 of voorzien van een gaskoeler volgens een der conclusies 10-11, omvattende als koudemiddel ammoniak, NH3, of eventueel freon. 1013212