NL1005075C2 - Werkwijze en inrichting voor het gecombineerd produceren van klimaatgassen en warme vloeistof. - Google Patents

Description

WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR HET GECOMBINEERD PRODUCEREN

VAN KLIMAATGA88EN EN WARME VLOEISTOF

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het gecombineerd produceren van klimaatgassen, zoals C02 voor gewasteelt, en warme vloeistof, waarbij een brandstof, zoals een koolwaterstof, wordt verbrand. De 5 uitvinding betreft verder een inrichting voor het gecombineerd produceren van klimaatgassen, zoals C02 voor gewasteelt, en warme vloeistof omvattende een inrichting met een rookgaskanaal voor het verbranden van een brandstof en een als opslag fungerende houder voor 10 vloeistof.

In de glastuinbouw wordt veelvuldig gebruik gemaakt van het verbranden van onder andere aardgas voor de productie van kooldioxide (C02) als groeistimulator. De hierbij vrijkomende warmte wordt gebruikt voor verwarming 15 van de kas. Indien geen verwarming nodig is, zoals in de zomer, of indien er te veel warmte geproduceerd is, wordt de warmte als vloeistofwarmte opgeslagen in een vloeistof houder. Bij de bekende opstellingen hiervoor wordt de in de verbrandingsinrichting opgewekte warmte overgedra-20 gen op een vloeistof, die via een leidingenstelsel naar de vloeistofhouder voor de tijdelijke opslag van overtollige vloeistofwarmte getransporteerd wordt. Voor het transport van de vloeistof naar de vloeistofhouder en naar de verwarmingsinstallatie van de kas zijn verder 25 uitgebreide regelsystemen nodig. Deze systemen zijn vaak gevoelig voor storingen en behoeven relatief aanzienlijk onderhoud. Door het transport van de warme vloeistof naar de vloeistofhouder gaat veel warmte verloren. Dit is uiteraard nadelig voor de efficiëntie van het systeem.

30 De uitvinding beoogt nu een constructief een voudige, goedkope, duurzame en efficiënte oplossing te verschaffen voor de opslag van overtollige warmte, die vrijkomt bij het produceren van klimaatgassen, zoals C02 voor gewasteelt.

1005075 2

Dit wordt door de uitvinding bereikt doordat de productie plaatsvindt in een als opslag fungerende houder voor vloeistof en dat bij deze productie vrijgekomen warmte direct wordt overgedragen aan de vloeistof, welke 5 verwarmde vloeistof bovenin de vloeistofhouder wordt opgeslagen zodanig dat daarin vloeistoflagen met een verschillende temperatuur kunnen ontstaan, waarbij de voor de klimaatgassen bestemde rookgassen met een lagere temperatuur uit de vloeistofhouder worden afgevoerd.

10 Hierdoor treden geen warmteverliezen meer op tussen het moment van productie en het moment van opslaan. Daarnaast zorgt de scheiding tussen warme en koude vloeistof in de houder voor een variabel volume van warme vloeistof, die onder alle condities op de juiste be-15 drijfstemperatuur is.

Verder wordt door de uitvinding een inrichting voor het gecombineerd produceren van klimaatgassen en warme vloeistof, omvattende een verbrandingsinrichting met een rookgaskanaal en een als opslag fungerende houder 20 voor vloeistof, verschaft. De inrichting volgens de onderhavige uitvinding wordt gekenmerkt doordat het rookgaskanaal van de verbrandingsinrichting is ondergebracht in de vloeistofhouder en wordt omringd door vloeistof voor het opnemen van warmte, waarbij het rook-25 gaskanaal op een zodanige plaats in de vloeistofhouder is geplaatst dat in de vloeistof lagen met een verschillende temperatuur kunnen ontstaan en waarbij het rookgaskanaal leidt naar een teeltruimte.

In de praktijk zal dit meestal betekenen dat 30 het rookgaskanaal boven in de houder geplaatst is. In de meest basale uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt vrijkomende warmte dan via de wand van het rookgaskanaal direct opgenomen door de omringende vloeistof, meestal water. Omdat dit water daardoor warmer is dan water 35 onderin de houder ontstaat er een laagstructuur. Gevonden is namelijk dat een bovenste laag warm water niet of slechts in beperkte mate mengt met een verder naar beneden gelegen laag water van een lagere temperatuur. Koud 1005075 3 water uit het onderste deel van de ketel wordt naar het bovenste deel getransporteerd om daar de gevormde warmte op te nemen.

In een meer geavanceerde voorkeursuitvoerings-5 vorm van de uitvinding wordt eerst een belangrijk deel van de opgewekte warmte van de verbrandingsinrichting via de wand van het rookgaskanaal rechtstreeks overgedragen op de vloeistof in de vloeistofhouder, waarna in het eind van het rookgaskanaal, voordat deze de vloeistofhouder 10 verlaat, in een daar opgestelde warmtewisselaar de resterende voelbare warmte van de rookgassen overgedragen wordt op de vloeistof in de vloeistofhouder. Een pomp laat koude vloeistof van onder uit de vloeistofhouder circuleren via de warmtewisselaar en voert de opgewarmde 15 vloeistof op gelijke hoogte van het rookgaskanaal terug in de vloeistofhouder.

De pomp is voorzien van een automatische toe-renregeling, zodat het pompdebiet naar wens of noodzaak kan worden gevarieerd en de temperatuur van de opgewarmde 20 vloeistof in de wisselaar of de rookgassen regelbaar is.

Naar behoefte kan de installatie voorzien worden van een condensor, waarbij de latente warmte uit de rookgassen wordt benut. De condensor is in het rookgaskanaal, na de reeds vermelde warmtewisselaar aange-25 bracht, en is buiten de vloeistofhouder opgesteld. Het koude water onder uit de vloeistofhouder zal nu door middel van de vermelde pomp allereerst de rookgassen in de condensor koelen, waarna het zal worden verwarmd in de warmtewisselaar. De condensor is dusdanig geconstrueerd, 30 dat het condensaat van de rookgassen kan worden afgevoerd.

Via een geperforeerde buis in het hoogste gedeelte van de vloeistofhouder kan warm water van de verbranding/opslagcombinatie worden onttrokken. Koud 35 water wordt via een geperforeerde buis in het laagste punt van de vloeistofhouder toegevoerd.

De uitvinding bewerkstelligt in één uitvoeringsvorm dat de vloeistof van de vloeistofhouder uit 1005075 4 sluitend in het bovenste gedeelte van de vloeistofhouder wordt opgewarmd en de verwarmde vloeistof via de wisselaar en condensor eveneens in het bovenste gedeelte van de vloeistofhouder wordt gebracht.

5 In een andere uitvoeringsvorm kan het rookgas kanaal onderin of anders dan bovenin de houder geplaatst zijn, en wordt deze omringd door een laag koude vloeistof, die de geproduceerde warmte opneemt. Opgewarmde vloeistof wordt wel weer naar het bovenste deel van de 10 houder getransporteerd. Contact tussen opgewarmde en koude vloeistof wordt vermeden, omdat anders een ongewenste menging zou kunnen optreden.

Verwarmde vloeistof zal zich, doordat het een kleiner soortelijk gewicht heeft dan koudere vloeistof, 15 in het bovenste gedeelte van de vloeistofhouder handhaven, en zich daar niet mee vermengen, zodat uitsluitend een beperkte overgangszone tussen de warme en koude vloeistof bestaat. Zodra warme vloeistof boven uit de vloeistofhouder wordt onttrokken zal koude vloeistof 20 onder in de vloeistofhouder toestromen. De verbranding-sinrichting kan de onttrokken warmte wederom aanvullen, zoals omschreven.

Zodra overtollige warmte dient te worden opgeslagen om te kunnen voldoen aan de gewenste productie van 25 klimaatgassen, zoals C02 waarmede de groei van het gewas kan worden gestimuleerd, zal met de pomp voor koeling van condensor en warmtewisselaar naar behoefte koudere vloeistof bovenin de vloeistofhouder worden gebracht en opgewarmd. Indien gewenst, kan de vloeistofhouder zich dan in 30 zijn geheel vullen met warme vloeistof. Op een later tijdstip kan deze verwarmde vloeistof wederom uit de vloeistofhouder worden onttrokken, en zal deze zich vullen met koude vloeistof tot het niveau van het rookgaskanaal.

35 In situaties waarin tevens warmte wordt opge wekt door een warmtekracht-installatie, kan deze warmte-kracht-installatie op eenvoudige wijze worden aangesloten op de beschreven combinatie en kan de opgewekte warmte 1005075 5 van de warmtekracht-installatie eveneens tijdelijk worden opgeslagen in de vloeistofhouder. Hiervoor zal de aanvoer en retour van de warmtekracht-installatie verbonden worden met de aanvoer/retour-aansluiting van de vloei-5 stofhouder. Overtollige warmte van de warmtekracht-installatie zal middels de circulatiepomp van de warmtekracht-installatie in de vloeistofhouder worden gebracht.

De vloeistofhouder bestaat bij voorkeur uit een horizontaal, cilindrisch vat, voorzien van deugdelijke 10 isolatie. Het rookgaskanaal bestaat bij voorkeur uit een U-vormige buis of koker, aangebracht in het hoogste gedeelte van de vloeistofhouder. De warmtewisselaar bestaat bij voorkeur uit een wisselaar, die in het ronde rookgaskanaal kan worden geschoven en als zodanig in zijn 15 geheel kan worden gedemonteerd.

In een voorkeursuitvoeringsvorm passeren de rookgassen de wisselaar via rookgaspijpen, die tussen twee vlakke bodems van een cilindrisch vat zijn aangebracht, en waarin warmte wordt overgedragen aan de vloei-20 stof in deze cilinder. Via een aanvoer- en retourleiding op deze cilinder kan vloeistof circuleren.

De condensor bestaat bij voorkeur uit een wisselaar, waarbij de rookgassen stromen via vloeistof voerende buizen, die uitwendig van vinnen zijn voorzien. 25 Het condensaat uit de rookgassen zal op de gevinde buizen condenseren en zich verzamelen in een condensaatafvoerbak, gemonteerd onder de condensor.

In een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm omvat de inrichting volgens de uitvinding derhalve een 30 horizontale cilinder als vloeistofhouder, bovenin welke cilinder een U-vormig of recht rookkanaal is opgenomen dat aan zijn instroomzijde is aangesloten op een verbr-andingsinrichting en waarin nabij de uitstroomzijde daarvan een warmtewisselaar is opgenomen, een onderin de 35 cilinder geplaatste geperforeerde buis via welke koude vloeistof aan de cilinder wordt toegevoerd, een bovenin de cilinder geplaatste geperforeerde buis via welke warme vloeistof uit de cilinder wordt afgevoerd, een pomp en 1005075 6 een leiding voor het afvoeren van koude vloeistof onder uit de cilinder en het toevoeren daarvan aan een condensor, een leiding voor het afvoeren van in de condensor gedeeltelijk verwarmde vloeistof naar de warmtewisselaar 5 en een leiding voor het afvoeren van in de warmtewisselaar verder verwarmde vloeistof naar het bovenste gedeelte van de vloeistofhouder, waarbij de verbrandingsin-richting en/of het debiet van de pomp bestuurd worden door een processor.

10 De uitvinding schept mogelijkheden voor het beperken van warmteverliezen en verhoging van het rendement in vergelijking met de gebruikelijke installaties. Tevens kan door een optimale benutting van de combinatie van verbrandingsinrichting met warmteopslag, tijdelijk 15 een grotere warmtecapaciteit geleverd worden, zodat over het algemeen gekozen kan worden voor het opstellen van een verbrandingsinrichting met een kleinere capaciteit.

De inrichting volgens de uitvinding neemt minder ruimte in dan een aparte verbrandingsinrichting en 20 warmteopslaghouder. Het geheel kan draaien zonder ketelhuis. Tevens zijn de investeringskosten lager, is er door het eenvoudiger regelsysteem minder en minder complexe software nodig. Daardoor wordt het geheel tevens minder storingsgevoelig en vergt het minder onderhoud.

25 Opgemerkt wordt dat uit WO 95/16169 een inrich ting bekend is waarbij warmte wordt onttrokken uit een verbrandingskamer en uiteindelijk wordt opgeslagen in een houder voor water. De verbrandingskamer is aangebracht in een bovenin de waterhouder geplaatste behuizing, die 30 eveneens is gevuld met water. Als het water in de behuizing tot een bepaalde bedrijfstemperatuur is opgewarmd, wordt het verwarmde water via een thermostaatklep aan de waterhouder toegevoerd. Vanaf de bodem van de waterhouder wordt vervolgens koud water in de behuizing en boven de 35 verbrandingskamer toegevoerd. Het betreft hier geen gecombineerde productie van klimaatgassen en warme vloeistof.

1005075 7

De uitvinding wordt in het volgende nader toegelicht aan de hand van de begeleidende tekeningen. Hierin toont:

Figuur 1: een gedeeltelijke langsdoorsnede in 5 een horizontaal vlak van de vloeistofhouder, met rookgaskanaal en warmtewisselaar.

Figuur 2: een gedeeltelijke langsdoorsnede in een verticaal vlak van de vloeistofhouder met warmtewisselaar en opstelling condensor met pomp en stromings-10 schema.

Figuur 3: vooraanzicht van de vloeistofhouder met verbrandingsinrichting en condensor.

In de vloeistofhouder 1 is een rookgaskanaal 2 aangebracht, waarop een brander 3 is aangesloten (zie 15 figuur 1). De brander 3 is bevestigd aan een flens van het rookgaskanaal. De warmtewisselaar 4 is in het rookgaskanaal 2 geschoven. Op de uittrede van het rookgaskanaal 2 in de vloeistofhouder 1 is een uitwendig rookgaskanaal gemonteerd, die het rookgaskanaal 2 verbindt 20 met de condensor 5 (figuur 2). Onder de condensor 5 is een condensaat opvangbak 6 gemonteerd en waarop tevens een rookgasafvoerkanaal 7 kan worden gemonteerd. Condensor 5 en warmtewisselaar 4 worden gekoeld door een stroming van koude vloeistof onder uit de vloeistofhouder 1, 25 via verdeelbuis 7 met toerengerege1de pomp 13 naar het bovenste gedeelte van de vloeistofhouder en op gelijke hoogte van het rookgaskanaal via verdeelbuis 8 te verplaatsen.

Onttrekking van warme vloeistof geschiedt via 30 de in het hoogste gedeelte van de vloeistofhouder aangebrachte verdeelbuis 9 en via de aanvoersluiting 12. Toevoer van koude vloeistof geschiedt via de aansluiting 11 en de verdeelbuis 10, gemonteerd in het laagste deel van de vloeistofhouder. Het debiet van de automatische 35 toerenregelbare pomp 13 zal geregeld worden, afhankelijk van de geleverde capaciteit van de brander 3, de aanvaardbare rookgastemperatuur na de warmtewisselaar 4, (zodat rookgascondensatie hierin wordt voorkomen) en de 1005075 8 gewenste temperatuur waarmede de vloeistof boven in de vloeistofhouder wordt gevoerd. Een processor 17 zal via temperatuuropnemer 14, temperatuuropnemer 15, tempera-tuuropnemer 16 en een opnemer voor de capaciteit van de 5 brander 3, een gewenste automatische regeling bewerkstelligen, waarbij voldaan wordt aan gewenste warmte levering en gewenste C02-productie, door het verbranden van aardgas waarbij overtollig opgewekte warmte zo optimaal mogelijk wordt opgeslagen.

1005075

Claims (8)

1. Werkwijze voor het gecombineerd produceren van klimaatgassen, zoals C02 voor gewasteelt, en warme vloeistof, waarbij een brandstof, zoals een koolwaterstof, wordt verbrand, net het kenmerk, dat de 5 productie plaatsvindt in een als opslag fungerende houder (1) voor vloeistof en dat bij deze productie vrijgekomen warmte direct wordt overgedragen aan de vloeistof, welke verwarmde vloeistof bovenin de vloeistofhouder (1) wordt opgeslagen zodanig dat daarin vloeistoflagen met een 10 verschillende temperatuur kunnen ontstaan, waarbij de voor de klimaatgassen bestemde rookgassen met een lagere temperatuur uit de vloeistofhouder (1) worden afgevoerd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat koude vloeistof vanuit het onderste gedeelte 15 van de vloeistofhouder (1) via een condensor (5) en een warmtewisselaar (4) voor het reeds, althans ten dele, opwarroen daarvan, naar het bovenste gedeelte van de vloeistofhouder (1) wordt gevoerd, waarna verdere opwarming door het overdragen van bij de productie vrijgekomen 20 warmte plaatsvindt.

3. Inrichting voor het gecombineerd produceren van klimaatgassen, zoals C02 voor gewasteelt, en warme vloeistof omvattende een inrichting met een rookgaskanaal voor het verbranden van een brandstof en een als opslag 25 fungerende houder voor vloeistof, met het kenmerk, dat het rookgaskanaal van de verbrandingsinrichting is ondergebracht in de vloeistofhouder (1) en wordt omringd door vloeistof voor het opnemen van warmte, waarbij het rookgaskanaal (2) op een zodanige plaats in de 30 vloeistofhouder (1) is geplaatst dat in de vloeistof lagen met een verschillende temperatuur kunnen ontstaan en waarbij het rookgaskanaal (2) leidt naar een teeltruimte.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het 35 kenmerk, dat het rookgaskanaal (2) bovenin de vloeistofhouder (1) is geplaatst. 1005075 »

5. Inrichting volgens conclusie 3, mat het kenmerk, dat het rookgaskanaal (2) onderin de vloeistof-houder (1) is geplaatst, waarbij middelen zijn voorzien voor het afvoeren van de verwarmde vloeistof naar het 5 bovenste gedeelte van de vloeistofhouder (1).

6. Inrichting volgens conclusie 3, 4 of 5, met het kenmerk, dat in het rookgaskanaal (2) een warmtewisselaar (4) is opgenomen.

7. Inrichting volgens een der conclusies 3-6, 10 met het kenmerk, dat in het rookgaskanaal (2) een condensor (5) met vloeistofcirculatie is opgenomen.

8. Inrichting volgens een der conclusies 3-7, gekenmerkt door, een horizontale cilinder als vloeistof-houder (1), bovenin welke cilinder een U-vormig rookgas- 15 kanaal (2) is opgenomen dat aan zijn instroomzijde is aangesloten op een verbrandingsinrichting (3) en waarin nabij de uitstroomzijde daarvan een warmtewisselaar (4) is opgenomen, een onderin de cilinder geplaatste geperforeerde buis (10) via welke koude vloeistof aan de cilin-20 der wordt toegevoerd, een bovenin de cilinder geplaatste geperforeerde buis (9) via welke warme vloeistof uit de cilinder wordt afgevoerd, een pomp (13) en een leiding (7) voor het afvoeren van koude vloeistof onder uit de cilinder en het toevoeren daarvan aan een condensor (5), 25 een leiding voor het afvoeren van in de condensor gedeeltelijk verwarmde vloeistof naar de warmtewisselaar (4) en een leiding (8) voor het afvoeren van in de warmtewisselaar (4) verder verwarmde vloeistof naar het bovenste gedeelte van de vloeistofhouder (1), waarbij de verbran-30 dingsinrichting (3) en/of het debiet van de pomp (13) bestuurd worden door een processor (17). 10050 75