NL1016061C2 - Koelinstallatie. - Google Patents

Description

Titel: Koelinstallatie

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een koelinstallatie voor een of meer koude-afnemers, voorzien van een absorptiekoelmachine en een warmtebron voor het leveren van warmte aan de absorptiekoelmachine.

Absorptiekoelmachines zijn bekend en omvatten evenals mechanische 5 koelmachines een condensor, een expansie-orgaan, en een of meerdere verdampers. Elk van de verdampers werkt samen met een koude-afnemer. In plaats van een compressor in een mechanische koelmachine zijn echter in een absorptiekoelmachine een generator, een vloeistoipomp en een absorber aanwezig. Daarbij stroomt lage-druk koudemiddeldamp uit de verdampers 10 naar de absorber en wordt daarin geabsorbeerd in een oplossing. De met koudemiddel verrijkte oplossing wordt vervolgens naar de generator gepompt. Daar wordt bij hoge druk en temperatuur het koudemiddel weer uit de oplossing gekookt. De aldus ontstane damp stroomt naar de condensor; de koudemiddelarme oplossing stroomt weer terug naar.de 15 absorber.

Sinds jaren worden in de absorptietechnologie als oplossing toegepast: water/lithiumbromide of ammoniak/water. Het koudemiddel dat door de condensor, het expansie-orgaan en de verdamper stroomt wordt daarbij gevormd door het water, respectievelijk de ammoniak, terwijl de 20 absorbent waarin het koudemiddel oplost wordt gevormd door het lithiumbromide, respectievelijk het water. Water/lithiumbromide-systemen zijn het meest verbreid. Omdat water daarin het koudemiddel is, kunnen deze systemen slechts voor koeling tot ca. 6°C worden ingezet. Veelal betreft het dan klimatisering van bijvoorbeeld utiliteitsgebouwen.

25 Ammoniak/water-systemen zijn breder inzetbaar. Doordat ammoniak als koudemiddel wordt gebruikt, kunnen temperaturen tot ca. -60° worden bereikt. Daar staat echter tegenover dat ze duurder zijn dan water/lithiumbromide-systemen.

2

De warmtebehoefte van een absorptiekoelmachine ligt op een temperatuurniveau vanaf ca. 80 °C tot ca. 200° C. Deze temperatuur hangt samen met de temperatuur waarop gekoeld wordt (diepvries of koeling) en de temperatuur van de omgeving. Bij gebruik van een 5 verbrandingsinrichting, met name een biomassaverbrandingsinrichting kan daarentegen warmte beschikbaar komen tot ongeveer 850°C, waardoor de warmte van rookgassen uit een dergelijke verbrandingsinrichting gemakkelijk kan worden overgedragen aan de generator van de koelmachine. In een dergelijke situatie wordt het als nadelig ervaren indien 10 er geen afstemming is van de toe te voeren hoeveelheid warmte op de koude-vraag.

Het doel van de uitvinding is dit nadeel te voorkomen en een koelinstallatie te verschaffen die met een minimaal brandstofverbruik toch een voor absorptiekoelmachines hoog rendèment haalt.

15 Overeenkomstig de uitvinding heeft daartoe de koelinstallatie het kenmerk, dat de warmte wordt geleverd door een regelbare verbrandingsinrichting en dat een regelketen aanwezig is, met behulp waarvan in afhankelijkheid van de koudevraag van aangesloten koude-afnemers de warmtetoevoer vanuit de verbrandingsinrichting aan de 20 absorptiekoelmachine wordt geregeld.

De absorptiekoelmachine in de koelinstallatie overeenkomstig de uitvinding bestaat, zoals op zich bekend en hiervoor reeds genoemd, uit achtereenvolgens een generator die een kookvat en een rectificatiekolom omvat, een condensor, een of meer expansie-organen, een of meer 25 verdampers, waarvan elk kan samenwerken met een koude-afnemer, een absorber, een vloeistofpomp en een oplossingswarmtewisselaar. Omdat de onderscheiden koude-afnemers op verschillende temperaturen kunnen zijn afgesteld, heeft de koelinstallatie in een eerste uitvoeringsvorm dan verder het kenmerk, dat een sensor aanwezig is voor het afgeven van een signaal 30 dat representatief is voor de hoeveelheid en de temperatuur van, van de t 3 verdampers naar de absorber stromende koudemiddeldamp, welk signaal wordt toegevoerd aan een regeleenheid voor de hoeveelheid brandstof die in de verbrandingsinrichting wordt gebracht.

Mocht volstaan worden met slechts één koude-afhemer, dan heeft de 5 koelinstallatie in een tweede uitvoeringsvorm verder het kenmerk, dat een sensor aanwezig is die kan worden aangebracht op een koude-afhemer voor het afgeven van een signaal dat representatief is voor de temperatuur en de koude-vraag van de koude-afnemer, welk signaal wordt toegevoerd aan een regeleenheid voor de hoeveelheid brandstof die in de verbrandingsinrichting 10. wordt gebracht.

In beide uitvoeringsvormen kan de verbrandingsinstallatie een biomassaverbrandingsinstallatie zijn, die is voorzien van een brandstoftoevoerorgaan, waarbij de brandstoftoevoersnelheid wordt geregeld vanuit de regeleenheid. In het bijzonder kan daarbij het 15 brandstoftoevoerorgaan worden gevormd door een transportspindel. In het bijzonder voor een biomassaverbrandingsinrichting geldt dat de generator van de absorptiekoelmachine gemakkelijk kan worden verwarmd door de in de verbrandingsinrichting ontstane rookgassen. De rookgassen kunnen daarbij langs de generator worden geleid, doch het is ook mogelijk gebruik . 20 te maken van een deel van het kookvat uitmakende en in het rookkanaal van de verbrandingsinrichting aangebrachte warmtewisselaar.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening. Hierin toont: 25 Fig. 1 een blokschematisch weergegeven uitvoeringsvoorbeeld van een absorptiekoelmachine, zoals deze kan worden toegepast in een koelinstallatie overeenkomstig de uitvinding;

Fig. 2 een blokschematisch weergegeven uitvoeringsvoorbeeld van een koelinstallatie overeenkomstig de uitvinding; en 4

Fig. 3 een uitvoeringsvoorbeeld van een koelinstallatie overeenkomstig de uitvinding.

De in fig. 1 weergegeven absorptiekoelmachine 1 omvat een generator 5 2 bestaande uit een kookvat 3 en een rectificatiekolom 4. Het kookvat 3 wordt verwarmd door rookgassen van een biomassaverbrandingsinrichting 5; de warmtestroom is schematisch aangegeven door de pijl 6. In de generator wordt een vloeistofmengsel van bijvoorbeeld ongeveer 20% ammoniak en ongeveer 80% water gekookt. De uitgekookte damp bevat een 10 groot percentage ammoniak en staat met de vloeistof in een thermodynamisch evenwicht. Deze damp wordt in de rectificatiekolom 4 vrijwel volledig ontdaan van zijn wateraandeel. Het eindprodukt van de kolom 4 is derhalve een nagenoeg waterloze hogedruk ammóniakdamp.

De ammóniakdamp wordt in een met koelwater gekoelde condensor 7 15 gecondenseerd en in een daarin geïntegreerd verzamelvat verzameld. Uiteraard zijn andere koelmethoden mogelijk, zoals het gebruik van een luchtgekoelde condensor of een koeltoren. De warmte kan zowel naar de omgevingslucht worden afgevoerd of wordën afgestaan aan oppervlaktewater of grondwater.

20 Vanuit het verzamelvat in de condensor 7 wordt het ammoniakcondensaat door een warmtewisselaar 8, ook wel condensaatkoeler genoemd, geleid en onderkoeld. Het onderkoelde ammoniakcondensaat wordt vervolgens toegevoerd aan een of meer expansie-organen.

25 In het weergegeven uitvoeringsvoorbeeld zijn drie verdampers 9, 10 en 11 met bijbehorende expansie-organen 12, 13 en 14 aanwezig. Door middel van deze expansie-organen vindt een druk- én kookpuntsverlaging van het ammoniakcondensaat plaats, terwijl in de desbetreffende verdampers een verdamping plaatsvindt door warmtetoevoer Van 'buiten'.

30 De warmtetoevoer komt vanuit bijvoorbeeld lucht of een water/glycol 5 mengsel dat in de desbetreffende verdampers wordt afigekoeld. De lucht of het water/glycol mengsel wordt toegevoerd vanuit koude-afnemers 15,16 en 17. De koudestromen zijn aangegeven door pijlen 18, 19 en 20. De in de verdampers 9, 10, 11 uitgedampte damp wordt in de warmtewisselaar 8 5 overhit door warmteoverdracht vanuit het te onderkoelen ammoniakcondensaat.

De in de verdampers ontwikkelde, uit de warmtewisselaar 8 komende ammoniakdamp wordt toegevoerd aan een absorber 21. Hieraan wordt tevens de resterende ammoniakarme wateroplossing vanuit de generator 2 10 via een oplossingswarmtewisselaar 22 toegevoerd, in welke oplossingswarmtewisselaar de arme oplossing wordt onderkoeld. De onderkoelde arme oplossing wordt via een expansie-orgaan 23 naar een lage druk, de verdamperdruk, geëxpandeerd en vervolgens, zoals reeds gezegd, naar de absorber 21 geleid. Beide stromen vermengen zich, waardoor een 15 ammoniakrijke oplossing ontstaat. De ontstane absorptiewarmtë wordt afgegeven aan het koelwater in de tot de absorber behorende, doch verder niet weergegeven koeltoren. Ook hier geldt weer dat de ontstane absorptiewarmte op andere manieren, zoals genoemd voor de condensor 7, kan worden afgevoerd. De rijke oplossing wordt verzameld in een tot de 20 absorber behorend oplossingsvat. De in de absorber gevormde rijke oplossing wordt door de pomp 24 op hoge druk (kookvatdruk) gepompt en door de oplossingswarmtewisselaar 22 geleid. Hier wordt rijke oplossing door afkoeling van de hete arme oplossing verwarmd en stroomt de verwarmde rijke oplossing terug in de rectificatiekolom.

25 De koude-afnemers 15, 16 en 17 zijn voorzien van sensoren 25, 26 en 27, waarvan de uitgangssignalen een maat zijn voor de temperatuur van de koudeafnemers 9,10 en 11 ofwel voor de hoeveelheid en temperatuur van, van de verdampers via de warmtewisselaar 8 naar de absorber 21 stromende koudemiddeldamp. Deze uitgangssignalen worden vergeleken 30 met door een regeleenheid 28 (zie: fig. 2) afgegeven signalen SI, S2, S3 die 6 de gewenste temperatuur van de desbetreffende koudeafnemers aangeven. Op grond van de verschilwaarde van de desbetreffende signalen worden de expansie-organenkleppen meer of minder geopend ingesteld. Voor elk van de koude-afnemers is derhalve een zeker regelbereik aanwezig.

5 Om een regeling buiten dit regelbereik, dat voor de afzonderlijke koude-afnemers aanwezig is, mogelijk te maken, is een niveausensor 29 aanwezig in het verzamelvat in de condensor 7. Wanneer het ammoniakcondensaatniveau beneden een bepaalde waarde komt, dan zal er meer ammoniak moeten worden geproduceerd in de generator. Er zal 10 derhalve meer warmte aan de generator toegevoerd dienen te worden en derhalve meer biomassa te worden verbrand. Omgekeerd zal, wanneer het ammoniakcondensaatniveau boven een bepaalde waarde komt te liggen, minder biomassa behoeven te worden verbrand. Op grond van een door de niveausensor afgegeven signaal S4 wordt in de regeleenheid 28 de mate 15 waarin de verbrandingsinrichting 5 warmte dient toe te voeren aan de absorptiekoelmachine vastgesteld. De daarvoor aanwezige regelketen is weergegeven in fig. 2. Met behulp van deze centrale regelketen kan collectief voor alle koude-afnemers een instelling worden verkregen van het regelbereik voor de afzonderlijke koude-afnemers.

20 Zoals gezegd vindt deze centrale regeling plaats door het instellen van de door de verbrandingsinrichting 5 aan de absorptiekoelmachine afgegeven warmte. Dit wordt in de praktijk mogelijk gemaakt door meer of minder biomassa te verbranden.

Fig. 3 toont een uitvoeringvorm van een gehele koelinstallatie. Deze 25 omvat een vuurhaard 30 een opvangeenheid voor bioinassatoevoer 31 en een motorisch aangedreven doseerschroef 32 om meer of minder biomassa in de vuurhaard 30 te brengen. De motor van de doseerschroef wordt aangestuurd vanuit de regeleenheid 28. Boven de vuurhaard 30 is een rookkanaal 33, in welk rookkanaal een warmtewisselaar 34 is aangebracht via welke de 30 warmteoverdracht naar de generator 2 in de absorptiekoelmachine 1 101 60 31¾] 7 plaatsvindt. In dit uitvoeringsvoorbeeld is de absorptiekoelmachine 1 voorzien van slechts één verdamper 9, waarop een koude-afnemer 35 is aangesloten. In een dergelijke situatie is het niet perse nodig eén regelketen voor het expansie-orgaan in de absorptiekoelmachine aan te brengen, zoals 5 is aangegeven in fig. 1, doch kan volstaan worden met een sensor 36 in de koude-afnemer 35, waarvan het uitgangssignaal een maat is voor de koude-vraag en de temperatuur en wordt toegevoerd aan de regeleenheid 28 om de doseerschroef zo nodig bij te stellen.

De uitvinding is niet beperkt tot de hier aan de hand van de tekening 10 beschreven uitvoeringsvoorbeelden, doch omvat allerlei modificaties hierop, althans voor zover deze vallen binnen de beschermingsomvang van de hiernavolgende conclusies.

«

Claims (6)

1. Koelinstallatie voor een of meer koude-afnemers, voorzien van een absorptiekoelmachine en een warmtebron voor het leveren van warmte aan de absorptiekoelmachine, met het kenmerk, dat de warmte wordt geleverd door een regelbare verbrandingsinrichting en dat een regelketen aanwezig 5 is, met behulp waarvan in afhankelijkheid van de koudevraag van aangesloten koude-afnemers de warmtetoevoer vanuit de verbrandingsinrichting aan de absorptiekoelmachine wordt geregeld.

2. Koelinstallatie volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de absorptiekoelmachine is voorzien van achtereenvolgens een generator die 10 een kookvat en een rectificatiekolom omvat, een condensor, een of meer expansie-organen, een of meer verdampers, waarvan elk kan samenwerken met een koude-afnemer, een absorber, een vloeistofpomp en een oplossingswarmtewisselaar, en dat een sensor aanwezig is voor het afgeven van een signaal dat representatief is voor de hoeveelheid en temperatuur 15 van, van de verdampers naar de absorber stromende koudemiddeldamp, welk signaal wordt toegevoerd aan een regeleenheid voor de hoeveelheid brandstof die in de verbrandingsinrichting wordt gebracht.

3. Koelinstallatie volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de absorptiekoelmachine in een gesloten keten is voorzien van 20 achtereenvolgens een generator die een kookvat en een rectificatiekolom omvat, een condensor, een expansie-orgaan, een verdamper die kan samenwerken met een koude-afnemer, een absorber, een vloeistofpomp en een oplossingswarmtewisselaar, en dat een sensor aanwezig is die kan worden aangebracht op een koude-afnemer voor het afgeven van een signaal 25 dat representatief is voor de temperatuur en de koude-vraag van de koude- afnemer, welk signaal wordt toegevoerd aan een regeleenheid voor de hoeveelheid brandstof die in de verbrandingsinrichting wordt gebracht.

4. Koelinstallatie volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk* dat de verbrandingsinstallatie een biomassaverbrandingsinstallatie is, die is voorzien van een brandstoftoevoerorgaan, waarbij de brandstoftoevoersnelheid wordt geregeld vanuit de regeleenheid.

5. Koelinstallatie volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het brandstoftoevoerorgaan wordt gevormd door een transportspindel.

6. Koelinstallatie volgens een van de conclusies 2-5, met hef kenmerk, dat de desorber wordt verwarmd door de in de verbrandingsinrichting ontstane rookgassen.