NL1013544C2

NL1013544C2 - Bath evaporator.

Info

Publication number: NL1013544C2
Application number: NL1013544A
Authority: NL
Inventors: Titus Maria Chris Bartholomeus
Original assignee: Grasso Products B V
Priority date: 1999-11-10
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2001-05-11
Also published as: WO2001035035A1

Description

BadverdamperBath evaporator

De onderhavige uitvinding betreft een badverdamper voor het het door 5 verdamping van een koudemiddel koelen van een koudedrager, waarbij de badverdamper omvat een drukvat met: een inwendig benedendeel voorzien van een tijdens bedrijf in een bad koudemiddel gedompelde warmtewisselaar voor het door de badverdamper voeren van te koelen koudedrager; 10 - een inwendig bovendeel voor het scheiden van gasvormig en vloeibaar koudemiddel; een recirculatiestelsel voor het vanaf de bovenzijde van de warmtewisselaar naar de onderzijde daarvan terugvoeren van vloeibaar koudemiddel; een in het bovendeel van het drukvat uitmondende afvoer voor verdampt 15 koudemiddel; een in het drukvat uitmondende toevoer voor koudemiddel.The present invention relates to a bath evaporator for cooling a refrigerant by evaporation of a refrigerant, the bath evaporator comprising a pressure vessel with: an internal lower part provided with a heat exchanger immersed in a bath refrigerant during operation for passing through the bath evaporator. cooling coolant; 10 - an internal top part for separating gaseous and liquid refrigerant; a recirculation system for returning liquid refrigerant from the top of the heat exchanger to the bottom thereof; a discharge for evaporated refrigerant opening in the upper part of the pressure vessel; a supply of refrigerant opening into the pressure vessel.

Dergelijke badverdampers zijn algemeen bekend. Zij worden onder meer in de industriële koeltechniek gebruikt om koudedragers, zoals water, glycol, zoutoplossingen, siliconenoliën etc. af te koelen. De badverdamper bestaat uit een 20 drukvat waarin een warmtewisselaar, zoals een koelspiraal, een bundel pijpen, een platenpakket, etc. is gemonteerd. Het drukvat wordt gevuld met een koudemiddel, zoals ammoniak, freon of een ander koudemiddel dat in het bijzonder door verdamping warmte kan opnemen totdat de warmtewisselaar is ondergedompeld in een bad van vloeibaar koudemiddel. De koudedrager stroomt door de warmtewisselaar en geeft 25 daarbij warmte af aan het bad koudemiddel, dat onder invloed van de warmteopname tot verdampen wordt gebracht. Het verdampte koudemiddel wordt door een compressor afgezogen en samengeperst om daarna in een condensor te worden gecondenseerd. Het condensaat wordt met behulp van een expansieklep van hoge druk naar lage druk gesmoord. Het vloeibare koudemiddel van hoge druk en temperatuur koelt hierbij door 30 zelfverdamping af naar de bij lage druk behorende verzadigingstemperatuur. Na de expansieklep bevat het afgekoelde en in druk verlaagde koudemiddel, afhankelijk van het type koudemiddel en de condities in het algemeen tussen de 15 a 20 massa % damp, het zogenaamde flash gas, alsmede voor het overige gedeelte vloeistof. Dit twee 1013544 2 fasenmengsel van damp en vloeistof, treedt met hoge snelheid in de gasruimte van de badverdamper, de zgn. dampafscheiderruimte, welke in de conclusies is aangeduid ils inwendig bovendeel. Dit inwendig bovendeel/deze afscheiderruimte is zodanig geconstrueerd, dat gas en vloeistof zich daar kunnen scheiden. De vloeistof valt terug in 5 het bad en het gas wordt, tezamen met het uit het bad verdampte gas, zoals al beschreven, via een compressor afgezogen en samengeperst, vervolgens gecondenseerd, van hoge naar lage druk gesmoord en als twee fasenmengsel met hc ge snelheid terug de afscheiderruimte/het inwendig bovendeel, ingevoerd.Such bath evaporators are generally known. They are used, among other things, in industrial cooling technology to cool down coolants, such as water, glycol, salt solutions, silicone oils, etc. The bath evaporator consists of a pressure vessel in which a heat exchanger, such as a cooling coil, a bundle of pipes, a plate package, etc. is mounted. The pressure vessel is filled with a refrigerant, such as ammonia, freon or another refrigerant, which in particular can absorb heat by evaporation until the heat exchanger is immersed in a bath of liquid refrigerant. The coolant flows through the heat exchanger, thereby transferring heat to the bath refrigerant, which is evaporated under the influence of the heat absorption. The evaporated refrigerant is suctioned through a compressor and compressed before being condensed in a condenser. The condensate is throttled from high pressure to low pressure using an expansion valve. The liquid refrigerant of high pressure and temperature hereby cools by self-evaporation to the saturation temperature associated with low pressure. After the expansion valve, the cooled and pressure-reduced refrigerant, depending on the type of refrigerant and the conditions, generally contains between 15 to 20 mass% vapor, the so-called flash gas, as well as the remainder liquid. This two-phase mixture of vapor and liquid enters the gas space of the bath evaporator at high speed, the so-called vapor separator space, which is indicated in the claims on the inside of the upper part. This internal top / separator space is constructed in such a way that gas and liquid can separate there. The liquid falls back into the bath and the gas, together with the gas evaporated from the bath, as already described, is sucked through a compressor and compressed, then condensed, throttled from high to low pressure and as a two-phase mixture at hc speed back into the separator room / interior top section.

De onderhavige uitvinding heeft volgens een eerste aspect tot doel het 10 verschaffen van een verbeterde badverdamper waarin de procesvoering rustige: en beter beheersbaar is.According to a first aspect, the present invention aims to provide an improved bath evaporator in which the process management is quiet and more controllable.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt, doordat in het drukvat ten minste één naar beneden toe openende overdrukkamer is voorzien waarin de toevoer voor koudemiddel uitmondt, welke overdrukkamer zodanig met de onderzijde var de 15 warmtewisselaar in fluïdum verbinding staat, dat bij volledige vulling van de overdrukkamer met gasvormig koudemiddel overtollig gasvormig koudemiddel door en/of langs de warmtewisselaar naar het inwendige bovendeel kan stromen. Een dergelijke overdrukkamer heeft een aantal voordelen: a) Een voordeel van het in de overdrukkamer inleiden van het van 20 achtereenvolgens compressor, condensor en expansieklep afkomstige tweefasenmengsel van vloeibaar en gasvormig koudemiddel, is dat de hoge snelieid waarmee dit in het koudemiddelbad wordt toegevoerd, aanzienlijk verminderd is. als het ware geneutraliseerd is of zelfs tot nul is terug te brengen, alvorens het vloeil >are en/of gasvormige bestanddeel hiervan in het bad terecht komt. Immers het 25 tweefasenmengsel komt eerst in de drukkamer alwaar het een groot gedeelte van zijn snelheid verliest en zal betrekkelijk geleidelijk in het bad terechtkomen. Het koudemiddelbad, in het bijzonder het zich onder en eventueel naast de warmtewisselaar bevindende gedeelte daarvan, blijft dan veel rustiger dan wanneer bijvoorbeeld het tweefasenmengsel direct in het bad zou worden ingespoten. Door het rustij'ere 30 koudemiddelbad wordt het proces in de badverdamper beter beheersbaar. Indien het vloeibare koudemiddel een geringer soortelijk gewicht heeft dan de gebruikelijke smeeroliën, en deze niet oplosbaar in elkaar zijn, hetgeen bij bijvoorbeeld ammoniak als koudemiddel het geval is, dan heeft het rustige koudemiddelbad als groot bijkomend 1 013544 3 voordeel, dat de smeeroliën onderin het bad kunnen bezinken om uit het systeem verwijderd te kunnen worden; b) Een verder voordeel is, dat door door en/of langs de in het bad vloeibaar koudemiddel ondergedompelde warmtewisselaar, althans het ondergedompelde 5 gedeelte daarvan, gas omhoog te laten stromen, de warmteoverdracht van koudedrager via warmtewisselaar naar koudemiddel, aanzienlijk is te verbeteren. Het moge duidelijk zijn, dat het gasvormig koudemiddel na toevoer aan de onderzijde van de warmtewisselaar in het bad in de vorm van gasbellen vanzelf naar boven opstijgt.This object is achieved according to the invention in that at least one downwardly opening overpressure chamber is provided in the pressure vessel, into which the supply of coolant opens, which overpressure chamber is in fluid communication with the underside of the heat exchanger such that when the filling of the heat exchanger is complete excess pressure chamber with gaseous refrigerant excess gaseous refrigerant can flow through and / or past the heat exchanger to the internal top section. Such an overpressure chamber has a number of advantages: a) An advantage of introducing the two-phase mixture of liquid and gaseous refrigerant successively from the compressor, condenser and expansion valve into the overpressure chamber is that the high speed with which it is supplied into the refrigerant bath is considerable. is reduced. as it were neutralized or even reduced to zero before the liquid and / or gaseous component thereof ends up in the bath. After all, the two-phase mixture first enters the pressure chamber where it loses a large part of its speed and will gradually enter the bath. The refrigerant bath, in particular the part thereof located under and possibly next to the heat exchanger, then remains much quieter than if, for example, the two-phase mixture were injected directly into the bath. The quieter refrigerant bath makes the process in the evaporator more controllable. If the liquid refrigerant has a lower specific gravity than the usual lubricating oils, and they are not soluble in each other, which is the case with, for example, ammonia as a refrigerant, then the quiet refrigerant bath has the additional advantage that the lubricating oils at the bottom of the bath to settle out of the system; b) A further advantage is that by allowing gas to flow up through and / or along the heat exchanger immersed in the bath, at least the submerged part thereof, the heat transfer from the coolant via the heat exchanger to the refrigerant can be considerably improved. It will be clear that the gaseous refrigerant automatically rises upwards in the form of gas bubbles after being supplied to the underside of the heat exchanger in the bath.

c) Een nog verder voordeel is, dat een dergelijke overdrukkamer geheel of 10 gedeeltelijk in het tijdens althans bedrijf aanwezige koudemiddelbad kan zijn geplaatst, hetgeen tot een reductie van de hoeveelheid benodigd koudemiddel leidt, daar de overdrukkamer geheel met gas gevuld zal raken, immers het vloeibare koudemiddel zal via de open onderzijde van de overdrukkamer uit de overdrukkamer ontwijken.c) An even further advantage is that such an overpressure chamber can be placed wholly or partly in the refrigerant bath present during at least operation, which leads to a reduction in the amount of refrigerant required, since the overpressure chamber will be completely filled with gas, since the liquid refrigerant will escape from the overpressure chamber through the open bottom of the overpressure chamber.

15 Teneinde voldoende toevoer van vloeibaar koudemiddel aan de onderzijde van de warmtewisselaar te verzekeren, en eventueel de bezinking van smeerolie te bevorderen, is het volgens de uitvinding voordelig wanneer de warmtewisselaar onder vrijlating van een tijdens gebruik met vloeibaar koudemiddel gevulde vloeistofruimte boven de bodem van het drukvat is geplaatst. Plaatsing van de warmtewisselaar op ongeveer 2 a 20 3 cm (of eventueel meer) boven de bodem volstaat hierbij al. Dit bevordert de doorstroming van de warmtewisselaar met vloeibaar koudemiddel ook doordat het op deze wijze mogelijk wordt dat wanneer de overdrukkamer volledig met gas gevuld is, het verder vullen van de overdrukkamer met vloeibaar en/of gasvormig koudemiddel vanzelf tot verticale opwaartse doorstroming van de warmtewisselaar leidt.In order to ensure sufficient supply of liquid refrigerant to the underside of the heat exchanger, and possibly to promote the settling of lubricating oil, it is advantageous according to the invention if the heat exchanger leaves a liquid space filled with liquid refrigerant during use above the bottom of the heat exchanger. pressure vessel is installed. Placing the heat exchanger at about 2 to 20 3 cm (or possibly more) above the bottom is sufficient for this. This promotes the flow of the heat exchanger with liquid refrigerant, also by making it possible in this way that when the overpressure chamber is completely filled with gas. , further filling the overpressure chamber with liquid and / or gaseous refrigerant automatically leads to vertical upward flow of the heat exchanger.

25 ' Het is volgens de uitvinding verder van voordeel wanneer de overdrukkamer opent ter hoogte van de onderzijde van de warmtewisselaar. Aldus is op eenvoudige wijze een overbrenging van in het bijzonder bellen gasvormig koudemiddel vanuit de overdrukkamer naar de warmtewisselaar te verzekeren.According to the invention it is further advantageous if the overpressure chamber opens at the level of the bottom of the heat exchanger. In this way a transfer of, in particular, bubbles of gaseous refrigerant from the overpressure chamber to the heat exchanger can be ensured in a simple manner.

Volgens een verdere voordelige uitvoeringsvorm verloopt de fluïdumverbinding 30 tussen de overdrukkamer en de onderzijde van de warmtewisselaar via de vloeistofruimte.Dit heeft tot voordeel dat het gehele proces in de badverdamper beter beheersbaar, in het bijzonder beter regelbaar of stuurbaar, wordt.According to a further advantageous embodiment, the fluid connection 30 between the overpressure chamber and the bottom of the heat exchanger runs via the liquid space. This has the advantage that the entire process in the bath evaporator becomes more controllable, in particular more controllable or controllable.

1 013544 41 013544 4

Volgens een tweede aspect, heeft de uitvinding tot doel de hoeveelheid koudemiddel in het drukvat te reduceren en daarmee de totale hoeveelheid benodigt ί koudemiddel. Dit tweede doel laat zich volgens de uitvinding bereiken door de drukkamer volgens het eerste aspect van de uitvinding in het bad vloeibaar 5 koudemiddel, althans het tijdens bedrijf aanwezige bad koudemiddel, te plaatsen en aldus een kleiner of groter deel van het volume van het bad te vervangen door een niet gas gevulde ruimte. Dit doel laat zich volgens een tweede aspect van de uitvinding echter in ruimere zin los van het eerste aspect bereiken met een badverdamper (die dus eventueel overeenkomstig de badverdamper volgens het eerste aspect van de 10 uitvinding kan zijn) voor het door verdamping van een koudemiddel koelen van een koudedrager, waarbij de badverdamper omvat een drukvat met: een inwendig benedendeel voorzien van een tijdens bedrijf in een bad koudemiddel gedompelde warmtewisselaar voor het door de badverdamper voeren' 'an te koelen koudedrager; 15 - een inwendig bovendeel voor het scheiden van gasvormig en vloeibaar koudemiddel; een recirculatiestelsel voor het vanaf de bovenzijde van de warmtewisselaar n lar de onderzijde daarvan terugvoeren van vloeibaar koudemiddel; een in het bovendeel van het drukvat uitmondende afvoer voor verdampt 20 koudemiddel; een in het drukvat uitmondende toevoer voor koudemiddel, waarbij het drukvat bij voorkeur een cilindrisch vat is, zoals een in wezen horizont* al liggend cilindrisch vat, en waarbij de warmtewisselaar centraal in het benedendeel i» geplaatst met aan weerszijden van of rondom de warmtewisselaar tussen de 25 warmtewisselaar en de wand van het drukvat een ruimte, met het kenmerk, dat die ruimte vulmiddelen bevat, die tenminste tijdens gebruik in wezen vrij van vloeibaar koudemiddel zijn en die ruimte in hoofdzaak vullen.According to a second aspect, the object of the invention is to reduce the amount of refrigerant in the pressure vessel and thus the total amount of refrigerant required. This second object can be achieved according to the invention by placing the pressure chamber according to the first aspect of the invention in the bath of liquid refrigerant, at least the bath refrigerant present during operation, and thus to provide a smaller or larger part of the volume of the bath. replaced by a non-gas filled space. However, according to a second aspect of the invention, this object can be achieved in a broader sense from the first aspect with a bath evaporator (which can thus possibly be similar to the bath evaporator according to the first aspect of the invention) for cooling by evaporation of a refrigerant a refrigerant, the bath evaporator comprising a pressure vessel having: an internal lower part provided with a heat exchanger immersed in a bath refrigerant during operation for passing the refrigerant through the bath evaporator; 15 - an internal top part for separating gaseous and liquid refrigerant; a recirculation system for returning liquid refrigerant from the top of the heat exchanger to the bottom thereof; a discharge for evaporated refrigerant opening into the upper part of the pressure vessel; a refrigerant supply opening into the pressure vessel, wherein the pressure vessel is preferably a cylindrical vessel, such as an essentially horizontal cylindrical vessel, and wherein the heat exchanger is positioned centrally in the lower part with on either side of or around the heat exchanger between the heat exchanger and the wall of the pressure vessel have a space, characterized in that said space contains fillers which, at least during use, are substantially free of liquid refrigerant and which substantially fill that space.

De vulmiddelen kunnen volgens de uitvinding een of meer lichamen van neopreen omvatten. Neopreen is in de praktijk goed bestand tegen vele koudemidde len, 30 zoals ammoniak en freon, en laat zich voorts relatief gemakkelijk in een gewenste v arm snijden. Dergelijke lichamen van neopreen zijn daardoor betrekkelijk eenvoudig toepasbaar bij al bestaande en al gebouwde badverdampers, teneinde het volume aan daarbij benodigd koudemiddel aanzienlijk te kunnen reduceren. Ook is het volgens de 1 0 13 5 4 4 5 uitvinding zeer goed realiseerbaar vulmiddelen te verschaffen in de vorm van een of meer holle vulmiddelkamers. Dergelijke holle vulmiddelkamers kunnen bijvoorbeeld zijn verkregen door staalplaat tot een holle kamer te lassen en in een badverdamper, eventueel een om te bouwen badverdamper, te plaatsen. De vulmiddelkamers kunnen, 5 zoals duidelijk zal zijn, eveneens de overdrukkamers volgens het eerste aspect van de uitvinding zijn.The fillers according to the invention may comprise one or more neoprene bodies. In practice, neoprene is highly resistant to many refrigerants, such as ammonia and freon, and is furthermore relatively easy to cut into a desired shape. Such neoprene bodies are therefore relatively easy to use with existing and already built bath evaporators, in order to be able to significantly reduce the volume of refrigerant required. According to the invention it is also very feasible to provide fillers in the form of one or more hollow filler chambers. Such hollow filler chambers can for instance be obtained by welding steel sheet into a hollow chamber and placing it in a bath evaporator, optionally a bath evaporator to be converted. The filler chambers may, as will be apparent, also be the overpressure chambers according to the first aspect of the invention.

Volgens een verdere voordelige uitvoeringsvorm, die in het bijzonder met betrekking tot het eerste aspect van de uitvinding, maar ook met betrekking tot het tweede aspect van de uitvinding van voordeel is, omvat de in het bovendeel van het vat 10 uitmondende afvoer voor koudemiddel een zich door dit bovendeel uitstrekkend pijpdeel, dat is voorzien van over de lengte van dat pijpdeel verdeeld aangebrachte, bij voorkeur naar boven gekeerde, aanzuigopeningen. Een dergelijk pijpdeel met aanzuigopeningen maakt het mogelijk om gelijkmatig met relatief lage aanzuigsnelheid gas uit het gehele bovendeel af te zuigen. Doordat de aanzuiging gelijkmatig en met 15 relatief lage snelheid in het gehele bovendeel kan plaatsvinden, wordt de kans dat druppels vloeibaar koudemiddel mee afgevoerd worden in de richting van de compressor, aanzienlijk verkleind. Hierbij dient verder opgemerkt te worden dat tengevolge van het aan de onderzijde van de warmtewisselaar inblazen van gasvormig koudemiddel er aan de bovenzijde van de warmtewisselaar beduidend meer druppels 20 vloeibaar koudemiddel uit het bad loskomen. Wanneer de aanzuigsnelheid te groot zou zijn dan kunnen deze druppels niet terug vallen in het bad en en zouden zij mee afgevoerd worden. Het moge duidelijk zijn, dat een dergelijke pijp met aanzuigopeningen zich ook met voorkeur laat toepassen bij andere badverdampers die uit de stand van de techniek bekend zijn of nog ontwikkeld moeten worden. Enerzijds 25 maakt een dergelijke pijp met aanzuigopeningen een betrouwbare afzuiging zonder meename van vloeistofdruppels mogelijk, anderzijds maakt een dergelijke pijp met aanzuigopeningen ook een veel compactere bouw van het inwendige bovendeel mogelijk. Op voordelige wijze zullen de aanzuigopeningen sleuven of perforaties zijn.According to a further advantageous embodiment, which is advantageous in particular with regard to the first aspect of the invention, but also with regard to the second aspect of the invention, the refrigerant outlet opening in the upper part of the vessel 10 comprises a pipe part extending through this upper part, which is provided with suction openings, preferably upwardly facing, arranged distributed over the length of that pipe part. Such a pipe part with suction openings makes it possible to extract gas uniformly with relatively low suction speed from the entire upper part. Because the suction can take place uniformly and at a relatively low speed in the entire upper part, the chance that drops of liquid refrigerant are discharged in the direction of the compressor is considerably reduced. It should further be noted that as a result of the blowing of gaseous refrigerant at the bottom of the heat exchanger, significantly more drops of liquid refrigerant are released from the bath at the top of the heat exchanger. If the suction speed were too high, these droplets cannot fall back into the bath and would be drained along. It will be clear that such a pipe with suction openings can also preferably be used with other bath evaporators that are known in the art or are yet to be developed. On the one hand, such a pipe with suction openings allows reliable extraction without entraining liquid droplets, on the other hand, such a pipe with suction openings also allows a much more compact construction of the internal upper part. Advantageously, the suction openings will be slots or perforations.

In het bijzonder inzake het eerste aspect van de uitvinding is het volgens de 30 uitvinding van voordeel wanneer de overdrukkamer en het bovendeel via een klep onderling verbindbaar zijn. De klep kan hierbij een open dicht klep, zoals en magneetklep, zijn. Het wordt aldus mogelijk om, indien gewenst, tijdens stilstand het surplus aan vloeibaar koudemiddel in de overdrukkamer op te vangen. Door het openen 1013544 6 van de klep kan de overdruk namelijk ontwijken en zal de overdrukkamer zich met vloeibaar koudemiddel vullen. De klep zou ook een regelklep kunnen zijn, die gebr likt wordt om de kameroverdruk, nodig voor het tot stand brengen van de koudemiddeltoevoer naar de warmtewisselaar, te reduceren en daarmee de 5 koudemiddeltoevoer naar de warmtewisselaar. Aldus is het benutte oppervlak van d<; warmtewisselaar te reduceren, in het bijzonder te regelen, om aldus het koelvermogen van de badverdamper zeer nauwkeurig te regelen.With regard to the first aspect of the invention in particular, it is advantageous according to the invention if the overpressure chamber and the upper part are mutually connectable via a valve. The valve can be an open closed valve, such as a solenoid valve. It thus becomes possible, if desired, to collect the surplus of liquid refrigerant in the overpressure chamber during standstill. Namely, by opening the valve 1013544 6, the overpressure can escape and the overpressure chamber will fill with liquid refrigerant. The valve could also be a control valve, which is used to reduce the chamber overpressure required to establish the refrigerant supply to the heat exchanger and thereby the refrigerant supply to the heat exchanger. Thus, the utilized area of d <; reduce, in particular control, the heat exchanger, so as to very precisely control the cooling capacity of the bath evaporator.

Volgens een verdere voordeligeuitvoeringsvorm zal de badverdamper volgens de uitvinding zijn voorzien van: 10 - een temperatuursensor voor het meten van de temperatuur van de uit de warmtewisselaar uittredende koudedrager; en regelmiddelen ingericht om in afhankelijkheid van de door de temperatuursensor waargenomen temperatuur de klep aan te sturen voor het regelen van het niveau van het bad koudemiddel.According to a further advantageous embodiment, the bath evaporator according to the invention will be provided with: a temperature sensor for measuring the temperature of the coolant leaving the heat exchanger; and control means adapted to control the valve for controlling the level of the bath refrigerant depending on the temperature sensed by the temperature sensor.

15 Wanneer de temperatuur van de uittredende koudedrager lager is/wordt, zal he t koelend vermogen lager kunnen zijn en dus het niveau van het bad lager kunnen zijr om aldus het benutte oppervlak van de warmtewisselaar te reduceren.When the temperature of the leaving cold carrier is / becomes lower, the cooling capacity may be lower and thus the level of the bath may be lower, thus reducing the utilized surface area of the heat exchanger.

De onderhavige uitvinding zal in het navolgende aan de hand van de tekeningen nader worden toegelicht. Hierin toont: 20 Fig. 1 een schematische weergave van een badverdamper volgens de stand van de techniek;The present invention will be explained in more detail below with reference to the drawings. Herein shows: FIG. 1 is a schematic representation of a bath evaporator according to the prior art;

Fig. 2 een zeer schematische weergave van een eerste uitvoeringsvorm van eei badverdamper volgens het eerste aspect van de uitvinding;Fig. 2 is a very schematic representation of a first embodiment of a bath evaporator according to the first aspect of the invention;

Fig. 3 een zeer schematische weergave van een tweede uitvoeringsvorm van et n 25 badverdamper volgens het tweede aspect van de uitvinding; enFig. 3 is a very schematic representation of a second embodiment of a bath evaporator according to the second aspect of the invention; and

Fig. 4 een zeer schematische weergave van een derde uitvoeringsvorm van een badverdamper volgens het eerste en tweede aspect van de uitvinding, waarbij fig. 4a een schematische dwarsdoorsnede en fig. 4b een schematische langsdoorsnede toont 30 Fig. 1 toont schematisch een badverdamper volgens de stand van de techniek. ] )e badverdamper bestaat uit een in het algemeen liggend (weergegeven), eventueel staa ad of schuin, opgesteld cilindrisch drukvat 1. In dit drukvat 1 bevindt zich een warmtewisselaar 2, bijvoorbeeld een koelspiraal, een bundel pijpen of een 1 013544 7 platenpakket, waaraan via een toevoer 3 een te koelen koudedrager, zoals water, glycol, een zoutoplossing, siliconenoliën etc., wordt toegevoerd om in de warmtewisselaar te worden gekoeld en vervolgens via leiding 4 weer te worden afgevoerd. Ten behoeve van het koelen is de warmtewisselaar 2 ondergedompeld, bij voorkeur geheel 5 ondergedompeld, eventueel gedeeltelijk ondergedompeld in een bad 5 van in hoofdzaak vloeibaar koudemiddel, zoals ammoniak, freon of ander geschikt koudemiddel. De warmtewisselaar 2 kan aan de zijkanten eventueel van de rest van het bad zijn afgeschermd middels een schermplaat 6. De warme of hete, te koelen koude drager verwarmt het vloeibare koudemiddel 5, dat daardoor gaat verdampen onder vorming 10 van veelal gasbellen. Omdat het koudemiddel in de warmtewisselaar 2 wordt verwarmd, zal hier een opstijgende beweging ontstaan, zoals met de pijlen is weergegeven, en zal er in het bad buiten de warmtewisselaar 2 een dalende beweging (zie pijlen) in het bad ontstaan, oftewel het vloeibare koudemiddel wordt in een circulerende beweging gebracht. Opdat het bad 5 niet droog dampt, althans niet 15 indampt, wordt via leiding 7 gasvormig koudemiddel afgevoerd naar een compressor 8 alwaar het wordt samengeperst om vervolgens via leiding 9 te worden verder gevoerd naar een condensor, alwaar het gasvormig koudemiddel wordt gecondenseerd, waarna het condensaat en eventueel resterend gasvormige koudemiddel via leiding 11 naar een expansieklep 12 wordt gevoerd, alwaar het condensaat van hoge naar lage druk wordt 20 gesmoord. Het vloeibare koudemiddel van hogedruk en temperatuur koelt bij dit smoren af door zelfverdamping naar de bij de lagedruk behorende verzadigingstemperatuur. Het condensaat wordt hierbij gedeeltelijk tot gas verdampt, het zgn. 'flash gas'. Het na de expansieklep 12 resterende tweefasenmengsel van vloeibaar koudemiddel en gasvormig koudemiddel wordt via leiding 13 weer 25 teruggevoerd naar het drukvat om in het inwendige bovendeel 14 het drukvat ingeleid te worden.Fig. 4 is a very schematic representation of a third embodiment of a bath evaporator according to the first and second aspect of the invention, in which FIG. 4a shows a schematic cross section and FIG. 4b shows a schematic longitudinal section. 1 schematically shows a prior art bath evaporator. ]) The bath evaporator consists of a generally horizontal (shown), optionally steel or obliquely arranged cylindrical pressure vessel 1. This pressure vessel 1 contains a heat exchanger 2, for example a cooling coil, a bundle of pipes or a 1 013544 7 plate package, to which a cooling medium to be cooled, such as water, glycol, a salt solution, silicone oils, etc., is supplied via a supply 3 to be cooled in the heat exchanger and then removed again via line 4. For the purpose of cooling, the heat exchanger 2 is immersed, preferably completely immersed, optionally partially immersed in a bath 5 of substantially liquid refrigerant, such as ammonia, freon or other suitable refrigerant. The heat exchanger 2 can optionally be shielded from the rest of the bath on the sides by means of a screen plate 6. The hot or hot, cold carrier to be heated heats the liquid refrigerant 5, which thereby evaporates, often forming gas bubbles. Since the refrigerant in the heat exchanger 2 is heated, there will be an ascending movement, as shown with the arrows, and a downward movement (see arrows) in the bath, i.e. the liquid refrigerant, will occur in the bath outside the heat exchanger 2. is brought into a circulating motion. In order that the bath 5 does not evaporate to dryness, or at least does not evaporate, gaseous refrigerant is discharged via line 7 to a compressor 8 where it is compressed and then passed on via line 9 to a condenser, where the gaseous refrigerant is condensed, after which the condensate and any residual gaseous refrigerant is fed via line 11 to an expansion valve 12, where the condensate is throttled from high to low pressure. The liquid refrigerant of high pressure and temperature cools during this throttling by self-evaporation to the saturation temperature associated with the low pressure. The condensate is partly evaporated to gas, the so-called 'flash gas'. The biphasic mixture of liquid refrigerant and gaseous refrigerant remaining after expansion valve 12 is returned to the pressure vessel via line 13 to be introduced into the pressure vessel in the internal top section 14.

Fig. 2 toont overeenkomstig het eerste aspect van de uitvinding een tweede uitvoeringsvorm van een badverdamper. Voor overeenkomstige delen zijn dezelfde verwijzingstekens gebruikt als in fig. 1 30 De in fig.2 weergegeven badverdamper omvat een verticaal staand drukvat 1. In het benedendeel 15 van dit drukvat 1 is een cilindrisch gevormde platenwarmtewisselaar 2 geplaatst met centraal daarin een compartiment 20, dat in omtreksrichting en van boven gesloten is, en van onder open is. Gezien de cilindrische 1 013544 8 vorm kan voor de warmtewisselaar ook een spiraalvormig gewikkelde buis of buizensamenstel gebruikt worden. In dit compartiment 20, overdrukkamer genaamd, mondt de leiding 13 met zijn uitlaat 21 uit. Aldus wordt in deze drukkamer 20 het gekoelde koudemiddel, in de vorm van een tweefasenmengsel van gasvormig 5 koudemiddel en vloeistofvormig koudemiddel naar binnen gevoerd. De snelheid van het tweefasenmengsel wordt hierbij gereduceerd, zelfs nagenoeg tot nul teruggebracht. Het vloeibare bestanddeel valt naar beneden en het gasvormige bestanddeel zal het compartiment vullen totdat dit geheel met gas is gevuld, waarbij de druk in de overdrukkamer 20 zodanig zal zijn dat het in hoofdzaak vloeistofvormige, vloeibare 10 koudemiddel 22 uit dit compartiment 20 gedrukt wordt. Wanneer nu de druk in het compartiment 20 verder toeneemt, zal overtollig gas, zoals met pijl 23 is aangegeven aan de onderzijde uit het compartiment 20 ontwijken en via de platenwarmtewisselaar 2 omhoogstromen. Deze gasbellen 18 zullen de warmteoverdracht van de warmtewisselaar 2 verbeteren doordat de bellenintensiteit verhoogd is. Het moge 15 duidelijk zijn dat deze verbeterde warmteoverdracht niet alleen benut kan worden om de te koelen koudedrager tot een lagere temperatuur te koelen, maar dat deze ook benut kan worden om de dimensies van de badverdamper als zodanig te verkleinen wannee: het bijvoorbeeld niet nodig is om tot een lagere temperatuur te kunnen koelen. Het ajm de bovenzijde van de warmtewisselaar 2 resterende en in hoofdzaak vloeistofvormigi 20 koudemiddel wordt via terugvoerleiding 19 aan de onderzijde van de warmtewisselaar 2 teruggevoerd. Deze leiding 19 loopt buiten het drukvat 1 om, maar kan even goed daardoorheen verlopen, bijvoorbeeld door het centrale compartiment 20. In de leiding 19 zal zich in afhankelijkheid van de druk in de overdrukkamer 20 en de druk in de afscheiderruimte 16 een vloeistofkolom 24 vormen. Compartiment 20 staat via een 25 boven het bad uitstekende leiding 25 waarin een bedienbare klep is aangebracht in verbinding met de scheiderruimte 16. Tijdens bedrijf zal deze klep in het algemeen gesloten zijn. Wanneer deze klep dan, bij buiten bedrijf zijn, geopend wordt, kan de overdruk uit de overdrukkamer 20 worden afgelaten en zal de overdrukkamer zich van benedenaf met vloeibaar koudemiddel vullen. Eventueel is het ook denkbaar deze klep 30 als een regelklep uit te voeren, teneinde door beïnvloeding van het niveau van het bat. koudemiddel het koelvermogen van de badverdamper te regelen.Fig. 2 according to the first aspect of the invention shows a second embodiment of a bath evaporator. The same reference signs have been used for corresponding parts as in Fig. 1. The bath evaporator shown in Fig. 2 comprises a vertical standing pressure vessel 1. In the lower part 15 of this pressure vessel 1 a cylindrically formed plate heat exchanger 2 is placed, with a compartment 20 centrally therein. is closed in the circumferential direction and from above, and open from below. In view of the cylindrical 1 013544 8 shape, a spiral wound tube or tube assembly can also be used for the heat exchanger. In this compartment 20, called the overpressure chamber, the conduit 13 opens with its outlet 21. Thus, the cooled refrigerant, in the form of a two-phase mixture of gaseous refrigerant and liquid refrigerant, is introduced into this pressure chamber 20. The speed of the two-phase mixture is hereby reduced, even reduced to virtually zero. The liquid component will fall down and the gaseous component will fill the compartment until it is completely filled with gas, the pressure in the overpressure chamber 20 being such that the substantially liquid, liquid refrigerant 22 will be forced out of this compartment 20. When the pressure in the compartment 20 increases further, excess gas, as indicated by arrow 23, will escape from the bottom of the compartment 20 and flow upwards via the plate heat exchanger 2. These gas bubbles 18 will improve the heat transfer from the heat exchanger 2 because the bubble intensity is increased. It will be clear that this improved heat transfer can not only be used to cool the coolant to be cooled to a lower temperature, but that it can also be used to reduce the dimensions of the bath evaporator as such if, for example, it is not necessary. to be able to cool to a lower temperature. The refrigerant remaining at the top of the heat exchanger 2 and mainly in liquid form is recycled via return pipe 19 at the bottom of the heat exchanger 2. This conduit 19 extends outside the pressure vessel 1, but can pass through it just as well, for example through the central compartment 20. In the conduit 19, depending on the pressure in the overpressure chamber 20 and the pressure in the separator space 16, a liquid column 24 will form . Compartment 20 is connected via a pipe 25 projecting above the bath, in which an operable valve is arranged in communication with the separator space 16. During operation, this valve will generally be closed. When this valve is then opened, when out of operation, the overpressure can be released from the overpressure chamber 20 and the overpressure chamber will fill from below with liquid refrigerant. Optionally, it is also conceivable to design this valve 30 as a control valve, in order to influence the level of the bat. refrigerant to control the cooling capacity of the evaporator.

Fig. 3 toont overeenkomstig het tweede aspect van de uitvinding een derde uitvoeringsvorm van een badverdamper. In fig. 3 zijn overeenkomstige delen met 1013544 9 dezelfde verwijzingstekens aangeduid als in de fig. 1 en 2. Fig. 3 is in wezen identiek aan de uitvoeringsvorm volgens fig. 1 met dit verschil dat in het bad 5 vulmiddelen 26 zijn geplaatst in de vorm van op maat gesneden lichamen van neopreen of een ander voor dit doel geschikt materiaal, dat voldoende koudemiddel-, temperatuur en 5 drukbestendig is. Deze lichamen 26 van neopreen nemen een zeer substantieel deel van het volume van het bad 5 in en sparen daardoor een aanzienlijke hoeveelheid koudemiddel uit. Door bij de kopse einden van het drukvat 1 in een ruimte tussen de neopreen lichamen 26 en de desbetreffende kopse eindwand vrij te laten, en/of tussen de neopreenlichamen 26 enige ruimte vrij te laten is te verzekeren dat het vloeibare 10 koudemiddel terug kan stromen tot onderin het bad om te worden gerecirculeerd door de warmtewisselaar 2.Fig. 3 according to the second aspect of the invention shows a third embodiment of a bath evaporator. In FIG. 3, corresponding parts with 1013544 9 are designated the same reference characters as in FIGS. 1 and 2. FIG. 3 is essentially identical to the embodiment of FIG. 1 except that in the bath 5 fillers 26 are placed in the form of cut neoprene bodies or other material suitable for this purpose, which has sufficient refrigerant, temperature and 5 is pressure resistant. These neoprene bodies 26 occupy a very substantial part of the volume of the bath 5 and thereby save a considerable amount of refrigerant. By leaving some space at the front ends of the pressure vessel 1 in a space between the neoprene bodies 26 and the relevant end end wall, and / or leaving some space between the neoprene bodies 26, it is possible to ensure that the liquid refrigerant can flow back to at the bottom of the bath to be recirculated by the heat exchanger 2.

Fig. 4 toont in een dwarsdoorsnede (fig.4a) en langsdoorsnede (fig. 4b) schematisch een in het bijzonder de voorkeur hebbende uitvoeringsvorm van een badverdamper volgens de uitvinding waarin zowel het eerste aspect van de uitvinding 15 als het tweede aspect van de uitvinding zijn toegepast. Voor overeenkomstige delen zijn dezelfde verwijzingstekens gebruikt als in de fig. 1-3. De uitvoeringsvorm volgens fig. 4 onderscheidt zich in hoofdzaak van die volgens fig. 2 in de zin dat het drukvat 1 hier een liggend cilindrisch vat is en dat aan weerszijden van de warmtewisselaar 2 overdrukkamers 20 zijn gevormd. Deze overdrukkamers 20 zijn verkregen door in het 20 drukvat twee platen 27 die, alhoewel voor de uitvinding niet echt wezenlijk, horizontaal zijn afgebeeld, met een langsrand vast te lassen aan de bovenste langsrand van een respectieve schermplaat 6 en met hun andere langsrand en dwarsranden vast te lassen aan de binnenwand van het drukvat 1.Fig. 4 schematically shows in cross-section (fig. 4a) and longitudinal section (fig. 4b) a particularly preferred embodiment of a bath evaporator according to the invention in which both the first aspect of the invention and the second aspect of the invention are used. . The same reference characters are used for corresponding parts as in Figures 1-3. The embodiment according to Fig. 4 differs mainly from that according to Fig. 2 in that the pressure vessel 1 here is a horizontal cylindrical vessel and that overpressure chambers 20 are formed on either side of the heat exchanger 2. These overpressure chambers 20 are obtained by welding in the pressure vessel two plates 27 which, although not really essential for the invention, are horizontally welded with a longitudinal edge to the upper longitudinal edge of a respective screen plate 6 and with their other longitudinal edge and transverse edges to be welded to the inner wall of the pressure vessel 1.

In fig. 4 is verder weergegeven dat tussen de schermplaat 6 en de 25 warmtewisselaar 2 of eventueel op de van warmtewisselaar afgekeerde zijde van de schermplaat 6 een vullaag, van bijvoorbeeld neopreen, is aangebracht. Aldus wordt verhinderd dat de gasbellen tussen de schermplaten en de warmtewisselaar door opstijgen. Het zal duidelijk zijn dat ook bij de uitvoeringsvormen volgens de fig. 1,2 en 3 een dergelijke vullaag 28 van bijvoorbeeld neopreen kan zijn voorzien aan de ene 30 zijde of de andere zijde van de schermplaten 6.Fig. 4 further shows that a filling layer, for example of neoprene, is arranged between the screen plate 6 and the heat exchanger 2 or, optionally, on the side of the screen plate 6 facing away from the heat exchanger. This prevents the gas bubbles from rising between the shield plates and the heat exchanger. It will be clear that also in the embodiments according to Figs. 1,2 and 3 such a filling layer 28 can be provided with, for example, neoprene on one side or the other side of the shielding plates 6.

Een groot voordeel van de uitvoeringsvormen volgens in het bijzonder de figuren 3 en 4 is dat de hoeveelheid benodigd koudemiddel zeer gering is. Dit heeft tot voordeel dat bijna direct na het stoppen van de inspuiting van tweefasenmengsel via 1013544 10 leiding 13 er geen vloeibaar koudemiddel meer aanwezig is in de warmtewisselaar, zodat het verdampen in de warmtewisselaar en het onttrekken van warmte aan de te koelen koudedrager ook bijna direct stopt met het stoppen van de inspuiting van het tweefasenmengsel. Dit in tegenstelling tot normale badverdampers, waar de resterende 5 grote koudemiddelinhoud nog veel warmte onttrekt. Tengevolge van dit bijna direc t stoppen van het koelen van de koudedrager bij het stoppen van het in spuiten van het tweefasenmengsel is het mogelijk om bijvoorbeeld water tot nabij het vriespunt af 1 e koelen, zonder gevaar op bevriezing oftewel zonder schade aan de warmte wisselaa·. Bij bevriezing kan de warmtewisselaar gemakkelijk lek raken. Een verder nadeel v m 10 bevriezing van de warmtewisselaar is dat de processtroom van de koudedrager dan stopt, hetgeen tot een platlegging van de lijn waarin de koudedrager is opgenomen can leiden.A great advantage of the embodiments according to Figures 3 and 4 in particular is that the amount of refrigerant required is very small. This has the advantage that almost immediately after stopping the injection of the two-phase mixture via line 1013544 10, no liquid refrigerant is present in the heat exchanger, so that evaporation in the heat exchanger and extraction of heat from the refrigerant to be cooled are also almost immediately stops the injection of the two-phase mixture. This is in contrast to normal bath evaporators, where the remaining 5 large refrigerant contents still extract a lot of heat. As a result of this almost direct stopping of the cooling of the cooling medium when stopping the spraying of the two-phase mixture, it is possible, for example, to cool water down to near freezing point in 1 st, without danger of freezing or without damage to the heat exchanger · . The heat exchanger can easily leak when freezing. A further drawback of the freezing of the heat exchanger is that the process flow of the cooling medium then stops, which can lead to a flattening of the line in which the cooling medium is incorporated.

Fig. 4 toont verder een zich over de gehele lengte van het cilindrische drukva; 1 uitstrekkende afzuigpijp 29, welke het inlaatmondstuk vormt van leiding 7. De 15 afzuigpijp 29 is aan zijn bovenhelft voorzien van een reeks zich in dwarsrichting v m de pijp 29 uitstrekkende sleuven 30. Via de afzuigpijp 29 met sleuven 30 is het mogelijk om gelijkmatig over de gehele lengte van het drukvat 1 gasvormig koude middel af te zuigen met een relatief geringe snelheid. Door de afzuigsnelheid althais bij het doorlaten door de sleuven 30, relatief laag te houden, wordt voorkomen dat 20 vloeistofdruppels van koudemiddel mee afgevoerd worden, hetgeen voor de compressor 8 zeer schadelijk zou kunnen zijn. Dit wordt verder ook tegengegaan door de sleuven 30 in de bovenhelft van de afzuigpijp 29 te voorzien.Fig. 4 further shows a full-length view of the cylindrical pressure vessel; 1, exhaust pipe 29, which forms the inlet nozzle of conduit 7. The exhaust pipe 29 is provided on its upper half with a series of slots 30 extending transversely of the pipe 29. Via the suction pipe 29 with slots 30 it is possible to spread evenly over the the entire length of the pressure vessel 1 to extract gaseous cold medium at a relatively low speed. By keeping the suction speed at least relatively low when passing through the slots 30, it is prevented that liquid drops of refrigerant are discharged, which could be very harmful for the compressor 8. This is further counteracted by providing the slots 30 in the top half of the suction pipe 29.

10135441013544

Claims

1. Bath evaporator for cooling a refrigerant by evaporation of a refrigerant, the bath evaporator comprising a pressure vessel with: 5. an internal lower part provided with a heat exchanger immersed during operation of a bath refrigerant for passing refrigerant to be cooled through the bath evaporator; an internal top for separating gaseous and liquid refrigerants; 10. a recirculation system for returning liquid refrigerant from the top of the heat exchanger to the bottom thereof; an outlet for evaporated refrigerant opening into the upper part of the pressure vessel; a refrigerant supply debouching in the pressure vessel; 15, characterized in that at least one downwardly opening overpressure chamber is provided in the pressure vessel, into which the supply of refrigerant opens, which overpressure chamber is in fluid communication with the underside of the heat exchanger, so that when the overpressure chamber is completely filled with gaseous refrigerant, excess gaseous refrigerant can flow through and / or past the heat exchanger to the internal top.

Bath evaporator according to claim 1, characterized in that the heat exchanger is placed above the bottom of the pressure vessel, leaving a liquid space filled with liquid refrigerant during use.

Bath evaporator according to any one of the preceding claims, characterized in that the overpressure chamber opens at the level of the underside of the heat exchanger.

Bath evaporator according to claims 2 and 3, characterized in that the fluid connection between the overpressure chamber and the bottom of the heat exchanger runs via the liquid space.

A bath evaporator, preferably according to any one of the preceding claims, for cooling a refrigerant by evaporation of a refrigerant, the bath evaporator comprising a pressure vessel with: an internal lower part comprising a heat exchanger immersed in a bath refrigerant for operation by means of the bath evaporator carry fin to cool refrigerant; an internal top for separating gaseous and liquid refrigerants; a recirculation system for returning liquid refrigerant from the top of the heat exchanger after the bottom thereof; an outlet for evaporated refrigerant opening into the upper part of the pressure vessel; 10. a refrigerant supply opening into the pressure vessel, the pressure vessel being a cylindrical vessel, preferably an essentially horizontal cylindrical vessel, and wherein the heat exchanger is centrally located in the lower part with on either side of or around the heat exchanger between the heat exchanger and the wall of the pressure vessel have a space, characterized in that said space contains fillers which, at least during use, are substantially free of liquid refrigerant and which substantially fill that space.

6. Bath evaporator according to claim 5, characterized in that said fillers comprise one or more bodies of neoprene or at least a suitable refrigerant, temperature and pressure resistant material.

Bath evaporator according to claim 5 or 6, characterized in that said fillers comprise one or more hollow filler chambers.

Bath evaporator according to claim 7, in combination with one or more of claims 1-4, characterized in that the at least one overpressure chamber forms one or more of the hollow filler chambers.

A bath evaporator according to any one of the preceding claims, characterized in that the refrigerant outlet opening into the upper part of the vessel comprises a pipe section extending through this upper section, which is provided, preferably distributed over the length of said pipe section, suction openings above.

Bath evaporator according to claim 9, characterized in that the suction openings are slots or perforations.

11. Bath evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that the overpressure chamber and the upper part can be mutually connected via a valve. 1013544

Bath evaporator according to claim 11, characterized in that it is provided with control means which, depending on the outlet temperature of the cooling medium measured by a sensor, controls the level of the bath refrigerant by actuating the valve. 5 ******