NL9401324A

NL9401324A - Cooling process and cooling installation

Info

Publication number: NL9401324A
Application number: NL9401324A
Authority: NL
Inventors: Charles Adelbert Mol
Original assignee: Urenco Nederland Bv
Priority date: 1994-08-16
Filing date: 1994-08-16
Publication date: 1996-04-01

Abstract

The invention describes a cooling process and a cooling device, which can be used to carry out a cooling cycle which is based on the compression principle. Carbon dioxide is supplied in liquid form at ambient temperature and is expanded, resulting in the formation of solid carbon dioxide particles which move into an auxiliary liquid 3, resulting in the formation of a cooling liquid 45, the temperature of which is equal to the sublimation temperature of carbon dioxide. <IMAGE>

Description

Titel: Afkoelwerkwijze en koelinstallatieTitle: Cooling method and cooling installation

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het teweegbrengen van een temperatuurverlaging en/of het handhaven van een relatief lage temperatuur van een object. Het object kan gasvormig, vloeibaar of vast zijn. In het bijzonder is de beoogde temperatuur ongeveer -50 °C of lager.The invention relates to a method for effecting a temperature reduction and / or maintaining a relatively low temperature of an object. The object can be gaseous, liquid or solid. In particular, the target temperature is about -50 ° C or less.

In het algemeen wordt voor het tot stand brengen van een temperatuur-verlaging gebruik gemaakt van een koelmedium dat op een lage temperatuur is gebracht. Bij kleinschalige toepassingen wordt de koude geproduceerd ter plaatse van het te koeien object; een voorbeeld hiervan is de koelkast voor huishoudelijk gebruik. Bij grootschalige toepassingen echter wordt de koude centraal geproduceerd in een centrale koelinstallatie en via een leidingenstelsel getransporteerd naar het te koelen object. Voor het bereiken van temperaturen van ongeveer -50 °C of lager zijn dergelijke koelinstallaties doorgaans uitgevoerd als meertrapscompressiekoelmachine.In general, a cooling medium which has been brought to a low temperature is used to effect a temperature reduction. In small-scale applications, the cold is produced at the location of the object to be cowed; an example of this is the refrigerator for household use. In large-scale applications, however, the cold is produced centrally in a central cooling installation and transported via a pipe system to the object to be cooled. In order to reach temperatures of about -50 ° C or lower, such cooling installations are generally designed as a multi-stage compression chiller.

Als koelmedium en/of transportmedium zijn verschillende stoffen bekend, doorgaans gehalogeneerde koolwaterstoffen, zoals bijvoorbeeld de onder de naam Ril bekend staande stof. Weliswaar worden ook ongehalogeneerde koolwaterstoffen toegepast als koelmedium, maar deze stoffen hebben als nadeel dat zij bijzonder brandbaar zijn, waardoor de toepassing beperkt is tot kleine koelinstallatie^ of op open terreinen, zoals bijvoorbeeld bij petrochemische fabrieken waar toch al met brandbare stoffen wordt gewerkt. In het algemeen kan echter gesteld worden, dat het gebruik van brandbare stoffen zoals (ongehalogeneerde) koolwaterstoffen als koelmedium en/of transportmedium ongewenst is.Various materials are known as cooling medium and / or transport medium, usually halogenated hydrocarbons, such as, for example, the substance known under the name Ril. It is true that unhalogenated hydrocarbons are also used as a cooling medium, but these substances have the drawback that they are particularly flammable, so that the application is limited to small cooling installations or in open areas, such as, for example, at petrochemical factories where flammable substances are already used. In general, however, it can be stated that the use of flammable substances such as (unhalogenated) hydrocarbons as cooling medium and / or transport medium is undesirable.

Vanwege de lage temperaturen zijn thermische oliën niet geschikt als koelmedium en/of transportmedium.Due to the low temperatures, thermal oils are not suitable as a cooling medium and / or transport medium.

De toepassing van gehalogeneerde koolwaterstoffen wordt echter meer en meer beperkt door het inzicht, dat deze stoffen schadelijk kunnen zijn voor het milieu, en door de op dit inzicht gebaseerde wettelijke voorschriften. Die voorschriften kunnen een totaal verbod inhouden, maar zelfs wanneer het gebruik op zich is toegestaan, houden de voorschriften zeer strenge eisen in ten aanzien van de lekdichtheid van de toegepaste installaties. Het voldoen aan dergelijke voorschriften is in de praktijk zeer moeilijk en verhoogt de kosten.However, the use of halogenated hydrocarbons is increasingly limited by the insight that these substances can be harmful to the environment and by the legal regulations based on this insight. These regulations may imply a total ban, but even when use is permitted per se, the regulations impose very strict requirements regarding the leak-tightness of the installations used. Compliance with such regulations is very difficult in practice and increases costs.

Een ander praktisch bezwaar dat kleeft aan het gebruik van een transportleidingstelsel voor het transporteren van koude, is het onvermijdelijke optreden van thermische verliezen, terwijl het uiteraard nodig is om de aanvoer- en terugvoerleidingen, evenals de appendages, thermisch te isoleren, hetgeen een aanzienlijke kostenverhoging van een dergelijk stelsel impliceert. Daarbij moet bedacht worden, dat een dergelijke isolatie dampdicht moet zijn om ijsafzetting te voorkomen.Another practical drawback associated with the use of a transport piping system for transporting cold is the inevitable occurrence of thermal losses, while of course it is necessary to thermally insulate the supply and return pipes, as well as the fittings, which represents a significant cost increase of such a system. It should be borne in mind that such insulation must be vapor-tight to prevent icing.

Een verder nadeel van een transportleidingstelsel voor het transporteren van koude treedt aan het licht wanneer de afnemer van de koude slechts incidenteel behoefte heeft aan afkoeling, en hangt samen met de reeds genoemde thermische verliezen. Bij stilstand van het transportmedium in de leidingen treedt namelijk onvermijdelijk opwarming op, zodat, wanneer de afnemer om koude vraagt, het enige tijd duurt voordat het transportmedium ter plaatse van de afnemer voldoende koud is (stilstandverlies).A further drawback of a transport pipe system for transporting cold manifests itself when the buyer of the cold only occasionally needs cooling, and is related to the aforementioned thermal losses. When the transport medium in the pipes is at a standstill, heating inevitably occurs, so that when the customer requests cold, it takes some time before the transport medium is sufficiently cold at the customer's location (standstill loss).

De uitvinding beoogt de genoemde nadelen op te heffen. Meer in het bijzonder beoogt de uitvinding een koelmethode te verschaffen waarbij met relatief eenvoudige en goedkope middelen een snelle en betrouwbare koeling tot stand gebracht kan worden, en waarbij de thermische verliezen in het leiding-stelsel zijn geminimaliseerd of zelfs geheel geëlimineerd.The object of the invention is to eliminate the drawbacks mentioned. More particularly, it is an object of the invention to provide a cooling method in which rapid and reliable cooling can be achieved with relatively simple and inexpensive means, and in which the thermal losses in the pipe system are minimized or even completely eliminated.

Een bijzonder doel van de uitvinding is het verschaffen van een koelmethode waarbij het gebruikte medium niet giftig en niet brandbaar is, zodat de aan de installatie te stellen eisen, in het bijzonder wat betreft lekdichtheid, minimaal zijn, althans minder streng dan de in het voorgaande genoemde eisen ten aanzien van gehalogeneerde koolwaterstoffen.A particular object of the invention is to provide a cooling method in which the medium used is non-toxic and non-flammable, so that the requirements to be imposed on the installation, in particular with regard to leak-tightness, are minimal, at least less stringent than the above stated requirements for halogenated hydrocarbons.

Volgens een belangrijk aspect van de onderhavige uitvinding wordt gebruik gemaakt van een combinatie van twee stoffen, waarvan de eerste stof bij omgevingstemperatuur en bij de te bereiken temperatuur vloeibaar is, en waarbij de tweed® stof wordt verschaft als een bij voorkeur tot vloeistof gecomprimeerd gas met een temperatuur hoger dan de te bereiken temperatuur. Bij voorkeur wordt de tweede stof verschaft bij omgevingstemperatuur, zodat een leidingstelsel voor de tweede stof niet of nauwelijks thermisch geïsoleerd hoeft te zijn terwijl er toch geen thermische verliezen plaatsvinden.According to an important aspect of the present invention, use is made of a combination of two substances, the first substance of which is liquid at ambient temperature and at the temperature to be reached, and wherein the tweed® substance is provided as a preferably liquid compressed gas with a temperature higher than the temperature to be reached. Preferably, the second fabric is provided at ambient temperature, so that a piping system for the second fabric needs little or no thermal insulation while still no thermal losses occur.

Volgens een ander belangrijk aspect van de onderhavige uitvinding wordt, wanneer er behoefte is aan afkoeling, de tweede stof tot expansie gebracht en in warmteuitwisselend contact met de eerste stof gebracht. In een voorkeursuitvoeringsvorm vindt de expansie van de tweede stof plaats in de vloeibare eerste stof.According to another important aspect of the present invention, when there is a need for cooling, the second fabric is expanded and brought into heat-exchanging contact with the first fabric. In a preferred embodiment, the expansion of the second substance takes place in the liquid first substance.

Door de expansie koelt de tweede stof sterk af, waardoor tevens de eerste stof wordt afgekoeld, welke eerste stof vervolgens dient om het te koelen object te koelen.Due to the expansion, the second substance cools down considerably, as a result of which the first substance is also cooled, which first substance then serves to cool the object to be cooled.

Het zal voor een deskundige duidelijk zijn, dat de beide stoffen zodanig gekozen moeten worden, dat zij niet met elkaar reageren, terwijl het met het oog op veiligheidsmaatregelen aanbeveling verdient om niet-giftige stoffen te kiezen.It will be clear to a person skilled in the art that the two substances must be chosen in such a way that they do not react with each other, while for safety measures it is recommended to choose non-toxic substances.

Bij voorkeur wordt voor de tweede stof kooldioxyde (CO2) gebruikt. Een belangrijk voordeel van kooldioxyde is, dat het in de natuur in ruime mate geproduceerd wordt en niet giftig is, niet brandbaar is, en gebruikelijke constructie-materialen niet aantast. Kooldioxyde kan bij omgevingstemperatuur in vloeibare vorm worden getransporteerd en bewaard, zodat geen thermische verliezen plaatsvinden.Carbon dioxide (CO2) is preferably used for the second substance. An important advantage of carbon dioxide is that it is widely produced in nature and is non-toxic, non-flammable, and does not affect conventional construction materials. Carbon dioxide can be transported and stored in liquid form at ambient temperature, so that no thermal losses occur.

Gebleken is, dat iso-propylalcohol een bijzonder geschikte vloeistof is om te gebruiken als eerste stof.It has been found that isopropyl alcohol is a particularly suitable liquid to be used as the first substance.

Opgemerkt wordt, dat het op zich bekend is om kooldioxyde te gebruiken als zelfstandig koelmiddel. Gecomprimeerd kooldioxyde wordt tot expansie gebracht, waarbij het afkoelt, en het afgekoelde kooldioxyde wordt in contact gebracht met het te koelen object. Een probleem bij deze bekende methode is, dat kooldioxyde na genoemde expansie overgaat tot een vaste fase. Een eerste nadeel daarvan is, dat de warmteoverdracht tussen die vaste fase en het te koelen object bijzonder gering is. Een tweede nadeel is, dat die vaste fase niet te transporteren is, zodat de verbruikte kooldioxyde als verloren moet worden beschouwd.It is noted that it is known per se to use carbon dioxide as an independent coolant. Compressed carbon dioxide is expanded to cool, and the cooled carbon dioxide is contacted with the object to be cooled. A problem with this known method is that carbon dioxide changes to a solid phase after said expansion. A first drawback of this is that the heat transfer between that solid phase and the object to be cooled is very low. A second drawback is that this solid phase cannot be transported, so that the spent carbon dioxide must be regarded as lost.

Bij de methode volgens de uitvinding daarentegen verdampt de verbruikte kooldioxyde uit de eerste stof en kan als gas worden teruggepompt. Omdat de eerste stof een vloeistof is, is er steeds een goed warmte-uitwisselend contact tussen de eerste stof en de tweede stof, zodat de eerste stof snel en efficiënt wordt afgekoeld, terwijl er voorts steeds een warmte-uitwisselend contact is tussen de eerste stof en het te koelen object, zodat dat object snel en efficiënt wordt afgekoeld.In the method according to the invention, on the other hand, the spent carbon dioxide evaporates from the first substance and can be pumped back as a gas. Since the first substance is a liquid, there is always good heat-exchanging contact between the first substance and the second substance, so that the first substance is cooled quickly and efficiently, while furthermore there is always a heat-exchanging contact between the first substance and the object to be cooled, so that the object is cooled quickly and efficiently.

In het hiernavolgende zal de uitvinding nader worden verduidelijkt door beschrijving van voorkeursuitvoeringsvormen onder verwijzing naar de tekening. Hierin toont resp. tonen: figuur 1 schematisch een uitvoeringsvorm van een koelval volgens de onderhavige uitvinding; figuur 2 schematisch een uitvoeringsvorm van een koeler met een warmtewisselaar volgens de onderhavige uitvinding; en de figuren 3A en 3B schematisch een modificatie van de in figuur 1 geïllustreerde koeler, welke geschikt is voor het afkoelen van vaste voorwerpen.In the following, the invention will be further elucidated by description of preferred embodiments with reference to the drawing. Herein resp. figure 1 schematically shows an embodiment of a cooling trap according to the present invention; figure 2 schematically shows an embodiment of a cooler with a heat exchanger according to the present invention; and Figures 3A and 3B schematically a modification of the cooler illustrated in Figure 1, which is suitable for cooling solid objects.

De in figuur 1 geschetste uitvoeringsvorm van een koelinstallatie 1 volgens de onderhavige uitvinding is in het bijzonder geschikt voor het koelen van een gas, en/of voor het thermisch invangen van bepaalde moleculen uit een gas (koelval). De installatie omvat een vat 2 waarin zich de vloeibare eerste stof 3 bevindt, die in het hiernavolgende gemakshalve zal worden aangeduid als de hulpvloeistof, en wel in het beschreven uitvoeringsvoorbeeld iso-propylalcohol. In het vat 2 is een tweede vat 4 geplaatst, waarbij een wandgedeelte 5 van het tweede vat 4 in aanraking is met de hulpvloeistof 3. In het weergegeven voorbeeld omvat het met de hulpvloeistof 3 In aanraking zijnde wandgedeelte 5 de bodem en althans een gedeelte van de zijwanden van het tweede vat 4.The embodiment of a cooling installation 1 according to the present invention outlined in figure 1 is particularly suitable for cooling a gas, and / or for thermal capture of certain molecules from a gas (cooling trap). The installation comprises a vessel 2 in which the liquid first substance 3 is located, which will hereinafter be referred to as the auxiliary liquid for convenience, in the exemplary embodiment described is isopropyl alcohol. A second vessel 4 is placed in the vessel 2, a wall portion 5 of the second vessel 4 being in contact with the auxiliary liquid 3. In the example shown, the wall portion 5 in contact with the auxiliary liquid 3 comprises the bottom and at least a part of the side walls of the second vessel 4.

Het tweede vat 4 omsluit een koelruimte 20 die bestemd Is om een te koelen gas te bevatten. Een bovenrand 6 van het eerste vat 2 ls verbonden met een bovenrand 7 van het tweede vat 4, waardoor tussen het eerste vat 2 en het tweede vat 4 een afgesloten ruimte 8 voor de hulpvloeistof 3 Is gedefinieerd.The second vessel 4 encloses a cooling space 20 which is intended to contain a gas to be cooled. An upper edge 6 of the first vessel 21 is connected to an upper edge 7 of the second vessel 4, whereby a closed space 8 for the auxiliary liquid 3 is defined between the first vessel 2 and the second vessel 4.

De hulpvloeistof 3 kan de ruimte 8 volledig vullen, maar in het weergegeven voorbeeld laat de hulpvloeistof 3 een gasruimte 9 vrij.The auxiliary liquid 3 can fill the space 8 completely, but in the example shown the auxiliary liquid 3 leaves a gas space 9 free.

In het vat 2 strekt zich een leiding 10 uit, in of (zoals weergegeven) boven de hulpvloeistof 3. In het weergegeven voorbeeld zijn het eerste vat 2 en het tweede vat 4 in hoofdzaak cylindervormig, en strekt de leiding 10 zich als een ringleiding uit om het tweede vat 4.In the vessel 2, a conduit 10 extends in or (as shown) above the auxiliary liquid 3. In the example shown, the first vessel 2 and the second vessel 4 are substantially cylindrical, and the conduit 10 extends as a ring conduit around the second vessel 4.

Op de ringleiding 10 is een toevoerleiding 11 aangesloten, welke toevoerleiding 11 op zijn beurt via een afsluiter 12 is aangesloten op een ter wille van de eenvoud niet weergegeven inrichting voor het leveren van vloeibaar kooldioxyde bij omgevingstemperatuur, zoals aangeduid met de pijl 13. Aangezien de aard en constructie van een dergelijke inrichting voor het leveren van vloeibaar kooldioxyde bij omgevingstemperatuur geen onderwerp vormen van de onderhavige uitvinding, en kennis daarvan voor een goed begrip van de onderhavige uitvinding niet nodig is voor een deskundige, zullen deze niet nader worden beschreven. Volstaan wordt met op te merken, dat daarvoor gebruik gemaakt kan worden van standaard verkrijgbare apparatuur.A supply line 11 is connected to the ring line 10, which supply line 11 is in turn connected via a valve 12 to a device for the sake of simplicity for supplying liquid carbon dioxide at ambient temperature, as indicated by the arrow 13. Since the The nature and construction of such an apparatus for supplying liquid carbon dioxide at ambient temperature are not subject of the present invention, and knowledge of which is not necessary for a person skilled in the art to understand the present invention will not be described in more detail. It suffices to note that for this purpose use can be made of standard available equipment.

De ringleiding 10 is aan zijn onderzijde voorzien van kleine uitstroomgaatjes, welke ter wille van de duidelijkheid en gezien de eenvoud niet afzonderlijk zijn aangeduid. Wanneer het gewenst is om het tweede vat 4 en het zich daarin bevindende gas te koelen, wordt de afsluiter 12 geopend, waardoor het vloeibare kooldioxyde uit de ringleiding 10 naar buiten treedt uit genoemde uitstroomgaatjes, zoals aangeduid met de pijlen 14, waarbij het kooldioxyde onder sterke afkoeling expandeert. Hierbij zal een gedeelte overgaan in de vaste fase. Deze vaste deeltjes kooldioxyde hebben een temperatuur die gelijk is aan de sublimatietemperatuur van kooldioxyde, welke sublimatietemperatuur bij atmosferische druk ongeveer -78,5 °C bedraagt. Deze vaste deeltjes kooldioxyde komen terecht in de hulpvloeistof 3, waardoor deze hulpvloeistof afkoelt tot genoemde sublimatietemperatuur. Na verloop van korte tijd ontstaat er in de rumte 8 een koelend mengsel van hulpvloeistof 3 met de vaste deeltjes kooldioxyde, waardoor het genoemde wandgedeelte 5 van het tweede vat 4 snel afkoelt tot genoemde sublimatietemperatuur.The ring line 10 is provided on its underside with small outflow holes, which are not indicated separately for the sake of clarity and in view of the simplicity. When it is desired to cool the second vessel 4 and the gas contained therein, the valve 12 is opened, through which the liquid carbon dioxide exits from the ring line 10 from said outflow holes, as indicated by the arrows 14, with the carbon dioxide under strong cooling expands. Part of this will transition to the fixed phase. These carbon dioxide solid particles have a temperature equal to the sublimation temperature of carbon dioxide, which sublimation temperature at atmospheric pressure is about -78.5 ° C. These solid particles of carbon dioxide enter the auxiliary liquid 3, as a result of which this auxiliary liquid cools down to said sublimation temperature. After a short time, a cooling mixture of auxiliary liquid 3 with the solid particles of carbon dioxide is formed in the chamber 8, whereby the said wall portion 5 of the second vessel 4 cools rapidly to said sublimation temperature.

In een toepassing kan de beschreven uitvoeringsvorm van de inrichting 1 volgens de onderhavige uitvinding worden toegepast als koelval voor het verwijderen van UFè door invriezen van gasvormig UFg uit een bepaalde installatie. De koelruimte 20 van het tweede vat 4 communiceert daartoe via een leiding 21 met een ter wille van de eenvoud niet weergegeven installatie waarin zich gasvormig UF6 bevindt.In one application, the described embodiment of the device 1 according to the present invention can be used as a cooling trap for removing UFè by freezing gaseous UFg from a certain installation. To this end, the cooling space 20 of the second vessel 4 communicates via a line 21 with an installation, not shown for the sake of simplicity, in which gaseous UF6 is located.

Door de lage temperatuur van de wand 5 zet het gasvormig UFg zich als een vaste laag tegen die wand af.Due to the low temperature of the wall 5, the gaseous UFg deposits as a solid layer against that wall.

Door sublimatie zal een deel van het vaste kooldioxyde overgaan in de gasfase. Ook door verdamping van het vloeibare kooldioxyde ontstaat gasvormig kooldioxyde. Het gasvormige kooldioxyde verzamelt zich in de gasruimte 9, vanwaar het, zoals aangeduid door de pijl 30, ontwijkt via een gasleiding 31, waarin een druppelvanger 32 kan zijn aangebracht om eventueel door de gasstroming meegevoerde vloeistofdeeltjes af te scheiden en terug te voeren. Het via genoemde gasleiding 31 ontwijkende gasvormige kooldioxyde kan worden opgevangen om opnieuw gecomprimeerd te worden.Sublimation will allow some of the solid carbon dioxide to pass into the gas phase. Gaseous carbon dioxide is also produced by evaporation of the liquid carbon dioxide. The gaseous carbon dioxide collects in the gas space 9, from where, as indicated by the arrow 30, it escapes via a gas pipe 31, in which a drip catcher 32 can be arranged to separate and return any liquid particles entrained by the gas flow. The gaseous carbon dioxide which escapes via said gas line 31 can be collected for recompression.

Aangezien de aard en constructie van een dergelijke druppelvanger geen onderwerp vormen van de onderhavige uitvinding, en kennis daarvan voor een goed begrip van de onderhavige uitvinding niet nodig is voor een deskundige, zullen deze niet nader worden beschreven. Volstaan wordt met op te merken, dat daarvoor gebruik gemaakt kan worden van een standaard verkrijgbare druppelvanger.Since the nature and construction of such a drip catcher are not the subject of the present invention, and knowledge of it is not necessary for a person skilled in the art to understand the present invention, they will not be described in detail. It suffices to note that for this purpose use can be made of a standard available drip catcher.

Volgens de uitvindingsgedachte is er bij deze koelval 1 een bijzonder goed warmte-overdragend contact tussen het koelend mengsel en de wand 5 van het tweede vat 4, hetgeen te danken is aan de aanwezigheid van de hulpvloeistof 3. Zou die hulpvloeistof 3 afwezig zijn, dan zou de ruimte 8 tussen het eerste vat 2 en het tweede vat 4 gevuld worden met koolzuur-sneeuw, dat wil zeggen vaste deeltjes kooldioxyde, waarbij zich tussen die koolzuursneeuw en de te koelen wand 5 een damplaag vormt die de warmteoverdracht vrijwel blokkeert. Uit experimenten is gebleken, dat de bovenbeschreven koelval volgens de onderhavige uitvinding binnen 1 minuut kan worden afgekoeld van kamertemperatuur naar de sublimatietemperatuur van kooldioxyde.According to the inventive idea, in this cooling trap 1 there is a particularly good heat-transferring contact between the cooling mixture and the wall 5 of the second vessel 4, which is due to the presence of the auxiliary liquid 3. If that auxiliary liquid 3 is absent, then the space 8 between the first vessel 2 and the second vessel 4 would be filled with carbon dioxide snow, i.e. solid particles of carbon dioxide, a vapor layer being formed between said carbon dioxide snow and the wall 5 to be cooled, which virtually blocks the heat transfer. Experiments have shown that the above-described cooling trap according to the present invention can be cooled from room temperature to the sublimation temperature of carbon dioxide within 1 minute.

Een ander belangrijk voordeel van de in figuur 1 geïllustreerde koelval 1 volgens de onderhavige uitvinding is, dat deze geplaatst kan worden op betrekkelijk grote afstand van een bron voor vloeibaar kooldioxyde. Aangezien het kooldioxyde geleverd kan worden bij omgevingstemperatuur, zullen er geen thermische verliezen optreden in de leidingen tussen genoemde bron en de koelval. Dit voordeel wordt bereikt zonder de noodzaak van het aanbrengen van thermische isolatie.Another important advantage of the cooling trap 1 according to the present invention illustrated in figure 1 is that it can be placed at a relatively great distance from a source of liquid carbon dioxide. Since the carbon dioxide can be supplied at ambient temperature, there will be no thermal losses in the pipes between said source and the cooling trap. This advantage is achieved without the need for thermal insulation.

Anders gezegd, volgens de onderhavige uitvinding hoeft de centrale bron geen koude te leveren: in feite levert de bron door de levering van gecomprimeerde kooldioxyde "potentiële" koude. De omzetting van "potentiële" koude naar feitelijke afkoeling geschiedt volgens de onderhavige uitvinding pas op het moment dat daar vraag naar is, maar dan wel zonder vertraging.In other words, according to the present invention, the central source does not have to provide cold: in fact, by supplying compressed carbon dioxide, the source does provide "potential" cold. According to the present invention, the conversion of "potential" cold to actual cooling only takes place when there is a demand for it, but then without delay.

Dezelfde voordelen zijn aanwezig bij een volgens de principes van de onderhavige uitvinding geconstrueerde koeler 40 voor het koelen van een gasstroom of een vloeistofstroom, waarvan in figuur 2 een voorbeeld is geïllustreerd, waarbij gelijke of vergelijkbare onderdelen als in figuur 1 zijn aangeduid met gelijke verwijzingscijfers. Deze koeler 40 omvat een warmtewisselaar 50, waarvoor een standaard warmtewisselaar kan worden toegepast, met een primaire leiding 51 voor koelmedium en een secundaire leiding 52 voor het af te koelen medium. De koeler 40 omvat voorts een voorraadvat 41 voor hulpvloeistof 3, welk voorraadvat 41 aan de onderzijde is verbonden met de zuigzijde van een ejecteur 42. De uitgang van de ejecteur 42 is verbonden met de ingang van de primaire leiding 51 van de warmtewisselaar 50, terwijl de uitgang van de primaire leiding 51 van de warmtewisselaar 50 via een terugvoerleiding 43 is verbonden met het voorraadvat 41. Aldus vormt die primaire leiding 51 van de warmtewisselaar 50 met het voorraadvat 41, de ejecteur 42 en de terugvoerleiding 43 een circulatiecircuit voor het koelmedium.The same advantages are present with a cooler 40 constructed according to the principles of the present invention for cooling a gas stream or a liquid stream, an example of which is illustrated in Figure 2, where like or similar parts as in Figure 1 are indicated with like reference numerals. This cooler 40 comprises a heat exchanger 50, for which a standard heat exchanger can be used, with a primary pipe 51 for cooling medium and a secondary pipe 52 for the medium to be cooled. The cooler 40 further comprises an auxiliary liquid storage vessel 41, which storage vessel 41 is connected at the bottom to the suction side of an ejector 42. The outlet of the ejector 42 is connected to the inlet of the primary conduit 51 of the heat exchanger 50, while the outlet of the primary line 51 of the heat exchanger 50 is connected via a return line 43 to the storage vessel 41. Thus, that primary line 51 of the heat exchanger 50 with the storage vessel 41, the ejector 42 and the return line 43 forms a circulation circuit for the cooling medium.

Bij de onderzijde van het voorraadvat 41 mondt een toevoerleiding 11 voor vloeibare kooldioxyde uit. Tijdens bedrijf van de koeler 40 wordt het vloeibare kooldioxyde met een aanzienlijke voordruk aangevoerd via die toevoerleiding 11, zoals aangeduid met de pijl 44, waardoor de ejecteur 42 wordt aangedreven. Het met grote snelheid uitstromende kooldioxyde mengt zich met de hulpvloeistof 3 en oefent een pompwerking uit op de vloeistof in het circulatiecircuit. Hierbij ontstaat, op vergelijkbare wijze als in het voorgaande is beschreven onder verwijzing naar figuur 1, een koelend mengsel 45 van hulpvloeistof 3 en vaste kooldioxydedeeltjes, alsmede gasbellen van kooldioxydegas.A supply pipe 11 for liquid carbon dioxide opens at the bottom of the storage vessel 41. During operation of the cooler 40, the liquid carbon dioxide is supplied with a considerable pre-pressure via that supply line 11, as indicated by the arrow 44, through which the ejector 42 is driven. The high-velocity carbon dioxide mixes with the auxiliary liquid 3 and exerts a pumping action on the liquid in the circulation circuit. In this way, in a comparable manner as described above with reference to Figure 1, a cooling mixture 45 of auxiliary liquid 3 and solid carbon dioxide particles, as well as gas bubbles of carbon dioxide gas, is formed.

Doordat dit koelend mengsel 45 door de primaire leiding 51 van de warmtewisselaar 50 wordt gepompt, wordt het gas of de vloeistof in de secundaire leiding 52 van de warmtewisselaar 50 afgekoeld tot in hoofdzaak de temperatuur van dit koelend mengsel 45.Because this cooling mixture 45 is pumped through the primary line 51 of the heat exchanger 50, the gas or liquid in the secondary line 52 of the heat exchanger 50 is cooled to substantially the temperature of this cooling mixture 45.

In het voorraadvat 41 kan gasvormig kooldioxyde zich verzamelen in de gasruimte 9 en ontwijken via de afvoerleiding 31, waarin ook weer bij voorkeur een druppelvanger 32 is aangebracht voor het afscheiden en naar het voorraadvat 41 terugvoeren van eventueel door de gasstroming meegevoerde vloeistofdeelt jes.In the storage vessel 41, gaseous carbon dioxide can collect in the gas space 9 and escape via the discharge pipe 31, in which a drip catcher 32 is again preferably arranged for separating and returning to the storage vessel 41 any liquid particles carried by the gas flow.

Ook bij deze uitvoeringsvorm kan het gasvormige kooldioxyde via een niet noodzakelijkerwijs geïsoleerd leidingsstelsel worden teruggevoerd naar een compressor die het gas op een hoge druk brengt, waarna het in een condensor in de vloeibare fase wordt gebracht, zoals op zich bekend. Daarbij kan de lage temperatuur van het terugstromende gas nog worden benut om het bij 11 binnenkomende vloeibare kooldioxyde voor te koelen, waardoor een energiebesparing wordt bereikt.In this embodiment, too, the gaseous carbon dioxide can be returned via a not necessarily insulated piping system to a compressor that pressurizes the gas, after which it is introduced into a liquid phase condenser, as known per se. In addition, the low temperature of the backflowing gas can still be used to pre-cool the liquid carbon dioxide entering 11, whereby energy savings are achieved.

De in het voorgaande beschreven waarde van -78,5 °C voor de sublimatietemperatuur van kooldioxyde geldt bij atmosferische druk. Aangezien die sublimatietemperatuur afhangt van de omgevingsdruk, is het volgens de uitvinding mogelijk om met relatief eenvoudige middelen de temperatuur van het koelend mengsel in te stellen binnen bepaalde grenzen, en wel door de in het eerste vat 2 respectievelijk in het voorraadvat 41 heersend druk in te stellen op een geschikte waarde. Hiervoor kan gebruik gemaakt worden van op zich bekende instelbare drukregelmiddelen, bijvoorbeeld bij de gasafvoerleiding 31. Zo kan een hogere temperatuur worden bereikt door het verhogen van de druk: bij wijze van voorbeeld zal de temperatuur van het koelend mengsel ongeveer -40 °C bedragen indien de druk ongeveer 1 MPa bedraagt; op overeenkomstige wijze kan een verlaging worden bereikt van de temperatuur van het koelend mengsel door verlaging van de druk, mits het vriespunt van de hulpvloeistof 3 voldoende laag is.The previously described value of -78.5 ° C for the sublimation temperature of carbon dioxide applies at atmospheric pressure. Since this sublimation temperature depends on the ambient pressure, it is possible according to the invention to set the temperature of the cooling mixture within certain limits with relatively simple means, namely by applying the pressure prevailing in the first vessel 2 and in the storage vessel 41 respectively. set to an appropriate value. Use can be made for this purpose of adjustable pressure control means known per se, for instance at the gas discharge pipe 31. For instance, a higher temperature can be achieved by increasing the pressure: for example, the temperature of the cooling mixture will be approximately -40 ° C if the pressure is about 1 MPa; in a corresponding manner, a reduction in the temperature of the cooling mixture can be achieved by lowering the pressure, provided that the freezing point of the auxiliary liquid 3 is sufficiently low.

De figuren 3A en 3B illustreren een modificatie 60 van de in figuur 1 geïllustreerde koeler 1, welke geschikt is voor het afkoelen van vaste voorwerpen. Het vat 2 bevat daartoe in een bovenwand 61 een doorlaatopening 62, waardoorheen een voorwerp 63 binnen het vat 2 geplaatst kan worden in de hulpvloeistof 3 (figuur 3B). Hierna kan een deksel 64 worden aangebracht om de doorlaatopening 62 af te sluiten. De afsluiter 12 kan worden geopend vóór plaatsing van het voorwerp 63, zodat het voorwerp 63 bij plaatsing direct in het koelend mengsel met de gewenste temperatuur wordt geplaatst, indien het gewenst is om een zo snel mogelijke afkoeling te bewerkstelligen. Het is echter ook mogelijk om het voorwerp 63 te plaatsen in de hulpvloeistof 3 bij omgevingstemperatuur en pas daarna de afsluiter 12 te openen, waarbij het volgens de onderhavige uitvinding zelfs mogelijk is om de afkoelsnelheid te regelen door regeling van het debiet door de afsluiter 12 en/of de druk in het vat 2.Figures 3A and 3B illustrate a modification 60 of the cooler 1 illustrated in Figure 1, which is suitable for cooling solid objects. To this end, the vessel 2 contains a passage opening 62 in a top wall 61, through which an object 63 can be placed inside the vessel 2 in the auxiliary liquid 3 (figure 3B). After this, a lid 64 can be fitted to close the passage opening 62. The valve 12 can be opened before placing the object 63, so that the object 63 is placed directly in the cooling mixture at the desired temperature when placed, if it is desired to effect cooling as quickly as possible. However, it is also possible to place the object 63 in the auxiliary liquid 3 at ambient temperature and only then open the valve 12, according to the present invention it is even possible to control the cooling rate by controlling the flow rate through the valve 12 and / or the pressure in the vessel 2.

Het zal voor een deskundige duidelijk zijn dat het mogelijk is de weergegeven uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding te veranderen of te modificeren, zonder de uitvindingsgedachte of de door de conclusies beschreven beschermingsomvang te verlaten.It will be clear to a person skilled in the art that it is possible to change or modify the illustrated embodiment of the device according to the invention without leaving the inventive idea or the scope of protection described by the claims.

Zo is het bijvoorbeeld mogelijk dat voor de hulpvloeistof een andere stof gekozen wordt dan het, in combinatie met kooldioxyde de voorkeur genietende, iso-propylalcohol. De enige technische eisen waar die hulpvloeistof, in combinatie met kooldioxyde, aan moet voldoen, zijn dat het vriespunt lager ligt dan de sublimatietemperatuur van kooldioxyde, en dat de hulpvloeistof niet reageert met kooldioxyde. Voorts verdient het aanbeveling om een hulpvloeistof te kiezen die niet reageert met de toegepaste constructie-materialen, die niet giftig is, en waarin kooldioxyde niet oplost.For example, it is possible that a different substance is selected for the auxiliary liquid than the iso-propyl alcohol, which is preferred in combination with carbon dioxide. The only technical requirements that the auxiliary liquid, in combination with carbon dioxide, must meet are that the freezing point is lower than the sublimation temperature of carbon dioxide, and that the auxiliary liquid does not react with carbon dioxide. Furthermore, it is recommended to choose an auxiliary liquid which does not react with the construction materials used, which is non-toxic and which does not dissolve carbon dioxide.

Claims

A cooling method for effecting a temperature reduction and / or maintaining a relatively low temperature of an object, wherein a cooling medium is compressed at a first location and expands at a second location while absorbing thermal energy; characterized in that the cooling medium extracts thermal energy from an auxiliary liquid which is in thermal contact with the object to be cooled.

A method according to claim 1, wherein the cooling medium changes into the liquid phase at the compression step.

The method of claim 1 or 2, wherein the cooling medium is transported from the compression site to the expansion site at substantially ambient temperature.

A method according to any one of the preceding claims, wherein the expansion of the cooling medium takes place at least substantially in the auxiliary liquid.

A method according to any one of the preceding claims, wherein the cooling medium after expansion is returned in gaseous form from the expansion location to the compression location.

A method according to any one of the preceding claims, wherein a desired final temperature is adjusted by adjusting the expansion pressure.

A method according to any preceding claim, wherein the cooling medium is carbon dioxide.

A method according to any preceding claim, wherein the auxiliary liquid is iso-propyl alcohol.

Refrigeration plant (1; 40; 60), comprising: a compressor for compressing a gas; a transport pipe (11) for the compressed gas; an expansion space (8) in which the compressed gas can expand; and an auxiliary liquid (3) present in said expansion space (8).

Refrigeration plant according to claim 9, wherein the compressor is arranged to compress said gas into liquid.

Refrigeration plant according to claim 9 or 10, provided with a return pipe (31) for returning said gas to the compressor after the expansion, in which return pipe (31) is preferably arranged a drip catcher (32).

Cooling installation according to any one of claims 9-11, wherein the transport pipe (11) and the optional return pipe (31) are free from thermal insulating means.

Cooling installation according to any one of claims 9-12, wherein in the expansion space (8), in thermal contact with the auxiliary liquid (3), a second vessel (4) is placed for receiving a gas to be cooled.

Cooling installation according to any one of claims 9-12, wherein a primary pipe (51) of a heat exchanger (50) is coupled to a storage vessel (41) for the auxiliary liquid (3).

Cooling installation according to claim 14, wherein an ejector (42) is included in a connecting pipe from the storage vessel (41) to said primary pipe (51) of the heat exchanger (50).

Refrigeration plant according to claim 15, wherein the supply line (11) opens at the entrance of the ejector (42) to circulate the auxiliary liquid (3) through said primary line (51) of the heat exchanger (50).

Cooling installation according to any one of claims 9-16, wherein pressure control means are provided for adjusting the expansion pressure of the compressed gas.