NL2025467B1 - Warmwaterinstallatie en werkwijze voor verwarmen van water - Google Patents

Abstract

15 UITTREKSEL De uitvinding relateert aan een warmwaterinstallatie en werkwijze, de installatie omvattende: 5 — een aanvoer voor het aanvoeren van een te verwarmen vloeistofstroom; — een brander ingericht voor het verbranden van een gas(mengsel) voor het verwarmen van de vloeistofstroom; — een afvoer voor het afvoeren van de verwarmde vloeistofstroom; — een werkzaam met de brander verbonden gasaanvoer; 10 — een gasmenger ingericht voor het mengen van een aanvoer van een koolwaterstofgas met een gasmengsel van zuurstof en waterstof; — een werkzaam met de gasmenger verbonden elektrolysesysteem ingericht voor het produceren van het gasmengsel van zuurstof en waterstof, verder omvattende: 15 — een ontvochtiger ingericht voor het ontvochtigen van het met het elektrolysesysteem geproduceerde gasmengsel van zuurstof en waterstof; en — een werkzaam met het elektrolysesysteem en de aanvoer van de te verwarmen vloeistofstroom verbonden warmtewisselaar ingericht voor het voorverwarmen van de te verwarmen vloeistofstroom.

Description

WARMWATERINSTALLATIE EN WERKWIJZE VOOR VERWARMEN VAN WATER De uitvinding relateert aan een warmwaterinstallatie, een werkwijze voor het verwarmen van water met een dergelijke warmwaterinstallatie, alsmede aan een gasdoseerinstallatie voor het bijmengen van een gasmengsel in een dergelijke warmwaterinstallatie.

Warmwaterinstallaties, zoals een CV-ketel, boiler, stoomketel of geiser of proceswarmte uit een brander van een kooktoestel, zijn uit de praktijk bekend en zijn ingericht voor het verwarmen van water door een brandbaar gas te verbranden, Het brandbare gas is meestal aardgas, echter, ook andere koolwaterstofgassen kunnen worden toegepast.

Bij de verbranding van een koolwaterstofgas, zoals aardgas, wordt het broeikasgas CO, uitgestoten. De wereldwijde CO, uitstoot zorgt voor een versterkt broeikaseffect. In het algemeen wordt het daarom wenselijk geacht de CO‚-uitstoot te verminderen.

WO 2017/196174 A1 toont een gasmenger voor een warmwaterinstallatie waarin een mengsel van zuarstof, waterstof en koolwaterstof wordt verbrand, alsmede een warmwaterinstallatie voorzien van een dergelijke gasmenger. Het bijmengen van waterstof in het gasmengsel leidt tot een vermindering van de CO,-uitstoot doordat de verbranding van waterstof niet leidt tot CO,. Daarmee neemt feitelijk de uitstoot van CO: per eenheid geproduceerd water, bijvoorbeeld de hoeveelheid CO, per eenheid warm water, bijvoorbeeld gemeten in gram CO-/liter geproduceerd warm water, af.

Een nadeel van de genoemde (of een soortgelijke) gasmenger en warmwaterinstallatie is dat er door de toevoeging van waterstof bij de verbranding een toename van stikstofoxiden (NO,) op kan treden doordat de stabiliteit van de brandervlam wordt verminderd. De uitstoot van NO, leidt tot een volgens internationale afspraken onaanvaardbare (schadelijke) invloed op natuur en milieu, waaronder natuurgebieden, Een vermindering van de NO,-uitstoot is daarom gewenst.

Een doel van de uitvinding is daarom het verhogen van de stabiliteit van de brandervlam en het daarmee samenhangend verminderen van de NO,-uitstoot van warmwaterinstallaties.

Dit doel wordt bereikt met een warmwaterinstallatie voor het verschaffen van een warme vloeistofstroom volgens de uitvinding, de installatie omvattende: — een aanvoer voor het aanvoeren van cen te verwarmen vloeistofstroom; — een brander ingericht voor het verbranden van een gas of gasmengsel voor het verwarmen van de vloeistofstroom; — een afvoer voor het afvoeren van de verwarmde vloeistofstroom; — een werkzaam met de brander verbonden gasaanvoer; — een gasmenger ingericht voor het mengen van een aanvoer van een koolwaterstofgas met een gasmengsel van zuurstof en waterstof;

— een werkzaam met de gasmenger verbonden elektrolysesysteem ingericht voor het produceren van het gasmengsel van zuurstof en waterstof, verder omvattende: — een ontvochtiger ingericht voor het ontvochtigen van het met het elektrolysesysteem geproduceerde gasmengsel van zuurstof en waterstof, en — een werkzaam met het elektrolysesysteem en de aanvoer van de te verwarmen vloeistofstroom verbonden warmtewisselaar ingericht voor het voorverwarmen van de te verwarmen vloeistofstroom.

Door de toepassing van een ontvochtiger voor het voorafgaand aan het mengen met een koolwaterstof, zoals aardgas, ontvochtigen van het geproduceerde gasmengsel van zuurstof en waterstof, wordt een stabiele brandervlam bereikt, terwijl tegelijkertijd een hoger aandeel zuurstof en waterstof in het gasmengsel in de brander kan worden toegepast. Hierdoor wordt een warmwaterinstallatie gerealiseerd met zowel een verminderde CO--uitstoot als een verminderde NO,-uitstoot.

Een verder voordeel van de warmwaterinstallatie volgens de uitvinding is dat de door de warmte geproduceerde elektrolysecel kan worden overgedragen op het te verwarmen water. Hiermee wordt bereikt dat de elektrolysecel op de juiste bedrijfstemperatuur gehouden kan worden, terwijl tegelijkertijd de benodigde hoeveelheid gasmengsel voor het verwarmen van het te verwarmen water kan worden verminderd. Hierdoor wordt de efficiëntie van de warmwaterinstallatie verder vergroot, en tevens wordt CO, uitstoot en NO, uitstoot nog verder verminderd.

Een nog verder voordeel van de warmwaterinstallatie volgens de uitvinding is dat het toepassen van de ontvochtiger resulteert in een koeling van het geproduceerde gasmengsel van zuurstof en waterstof alsmede in de levering van gekoelde afvoervloeistof. Om het gekoelde geproduceerde gasmengsel te verwarmen kan worden gebruik gemaakt van restwarmte uit het elektrolysesysteem, waardoor het elektrolysesysteem op een effectieve wijze kan worden gekoeld en op een gewenste of zelfs optimale bedrijfstemperatuur gehouden kan worden. Deze restwarmte is bij voorkeur maximaal 70 °C.Het gekoelde afvoerwater uit de ontvochtiger kan additioneel of alternatief worden ingezet voor de (verdere) koeling van het elektrolysesysteem.

In een uitvoeringsvorm is de benodigde koolwaterstof in het gasmengsel één of meer van aardgas, biogas, methaan, propaan of butaan, waarbij het gasmengsel bij voorkeur aardgas bevat.

In een uitvoeringsvorm is de warmtewisselaar een platenwarmtewisselaar.

Het voordeel van de toepassing van een platenwarmtewisselaar is hiermee een relatief groot warmtewisselend oppervlak wordt gerealiseerd bij een zo klein mogelijke afmeting van de warmtewisselaar.

In een uitvoeringsvorm van de warmwaterinstallatie volgens de uitvinding kan de gasmenger zijn ingericht voor het reduceren van het aandeel koolwaterstof van zo’n 100 gew.% bij het starten van de warmwaterinstallatie naar een aandeel in het bereik van 3 tot 20 gew.%, bij voorkeur in het bereik van 5 tot 15 gew.%, en met de meeste voorkeur in het bereik van 10 tot 12 gew.%.

Een voordeel van deze uitvoeringsvorm is dat op deze wijze een efficiënte start van de installatie wordt gerealiseerd, waarna het aandeel koolwaterstof (met de meeste voorkeur) terug gebracht kan worden naar slechts 10 tot 12 gew.% om zo een vermindering van de CO: en NO, uitstoot te realiseren.

Bij voorkeur is de gasmenger voorzien van een besturingsinrichting of regelinrichting voor het aansturen van de gasmenger teneinde een optimaal gasmengsel aan de brander te leveren. Hiermee wordt de hoeveelheid uitgestoten NO, verder verminderd.

In een verdere uitvoeringsvorm kan de gasmenger, bij voorkeur door middel van een besturingsinrichting or regelinrichting, verder zijn ingericht voor het regelen de verhouding tussen waterstof en zuurstof in het geproduceerde mengsel van waterstof en zuurstof, waarbij deze verhouding bij voorkeur in het bereik van 4:1, en bij meer voorkeur in het bereik van 2:1 ligt.

Een voordeel van deze specifieke verhouding is dat deze relatief eenvoudig te produceren is zonder de inzet van extra processtappen, waardoor de kosten van de installatie afnemen. Ook wordt een compactere installatie gerealiseerd.

In een uitvoeringsvorm van de warmwaterinstallatie volgens de uitvinding kan deze verder cen werkzaam met de gasmenger verbonden stromingsmeter omvatten voor het meten van de hoeveelheid door het elektrolysesysteem geproduceerde gas.

Een voordeel van het toepassen van een stromingsmeter voor het geproduceerde gas is dat, bij voorkeur via een besturings- en/of regelinrichting, een optimaal gasmengsel kan worden gerealiseerd waarmee een maximale vermindering van de CO; en NO, uitstoot kan worden gerealiseerd.

Hierbij kan optioneel ook gebruik worden gemaakt van een temperatuursensor voor het meten van de temperatuur van het geproduceerde waterstof- en/of zuurstofgas om te komen tot op een optimaal mengsel. In een uitvoeringsvorm volgens de vinding kan de temperatuur van het waterstof- en/of zuurstofgas ook worden verlaagd door het onttrekken van warmte aan het gas voorafgaand aan het mengen daarvan met de koolwaterstof.

In een uitvoeringsvorm van de warmwaterinstallatie volgens de vinding omvat deze verder een tweede warmtewisselaar die is ingericht voor het verwarmen van het met het elektrolysesysteem geproduceerde en met de ontvochtiger ontvochtigde gasmengsel.

Zoals bovenstaand al eerder aangegeven is een voordeel van de warmwaterinstallatie volgens de uitvinding dat het toepassen van de ontvochtiger resulteert in een koeling van het geproduceerde gasmengsel van zuurstof en waterstof alsmede in de levering van gekoelde afvoervloeistof. Om het gekoelde geproduceerde gasmengsel te verwarmen kan worden gebruik gemaakt van restwarmte uit het elektrolysesysteem, waardoor het elektrolysesysteem op een effectieve wijze kan worden gekoeld en op de ideale bedrijfstemperatuur gehouden kan worden.

Bij voorkeur wordt voor het overdragen van de restwarmte van het elektrolysesysteem naar het geproduceerde gasmengsel van waterstof en zuurstof gebruik gemaakt van een (tweede) warmtewisselaar. Hiermee kan op efficiënte wijze de warmte worden overgedragen. Bij voorkeur is de tweede warmtewisselaar een platenwarmtewisselaar, omdat deze efficiënt en eenvoudig in gebruik is.

In een uitvoeringsvorm van de warmwaterinstallatie volgens de uitvinding kunnen de eerste en tweede warmtewisselaar in een gecombineerd circuit zijn voorzien voor het overdragen van warmte uit het elektrolysesysteem naar de te verwarmen vloeistofstroom en het met de ontvochtiger ontvochtigde gasmengsel.

Een voordeel van een gecombineerd circuit voor beide warmtewisselaars is dat een nog effectiever warmtewisselingsscircuit wordt gerealiseerd. Dit wordt onder andere gerealiseerd doordat er minder onderdelen nodig zijn, zoals bijvoorbeeld slechts één pomp voor het circuleren door beide warmtewisselaars.

In een uitvoeringsvorm van de warmwaterinstallatie volgens de uitvinding kan deze verder een werkzaam met het elektrolysesysteem verbonden vermogensregelaar omvatten die is ingericht voor het leveren van vermogen aan het elektrolysesysteem.

Een voordeel van een vermogensregelaar is dat hiermee de benodigde hoeveelheid vermogen aan het elektrolysesysteem geleverd kan worden, terwijl tegelijkertijd geen continu vermogen geleverd hoeft te worden. Hiermee wordt een efficiënte levering van vermogen bereikt en worden onnodige verliezen gereduceerd.

In een uitvoeringsvorm van de warmwaterinstallatie volgens de uitvinding kan de vermogensregelaar zijn voorzien van een optimalisator ingericht voor het in de tijd variëren van het geleverde vermogen.

Een voordeel van het toepassen van een optimalisator in de vermogensregelaar geldt dat het geleverde vermogen aangepast kan worden aan de vraag naar waterstof- en/of zuurstofgas, of dat er additioneel of alternatief, kan worden gekozen voor het aanpassen van het geleverde vermogen aan de optimale productiecondities van het elektrolysesysteem. Hierbij is bijvoorbeeld sprake door rekening te houden met een gemeten temperatuur in elektrolysesysteem, zodat de warmte optimaal afgevoerd kan worden en het systeem in optimale productietoestand kan worden ingezet.

In een uitvoeringsvorm van de warmwaterinstallatie volgens de uitvinding kan deze verder een retour omvatten voor het retourneren van vloeistof uit de ontvochtiger naar het elektrolysesysteem.

Een voordeel van het retourneren van uit de ontvochtiger onttrokken vloeistof is dat er 5 geen verliesstroom van water optreedt, waardoor de kosten voor het in bedrijf hebben van de warmwaterinstallatie lager uitvallen.

Een verder voordeel is dat de onttrokken vloeistof (gedeeltelijk) geprepareerd is voor gebruik in het elektrolyseysteem, bijvoorbeeld door de aanwezigheid van (residuen van) een elektrolyt.

Nog een verder voordeel is dat de onttrokken vloeistof een relatief lage temperatuur heeft, waardoor er bij invoer in het elektrolysesysteem een koelende werking van uitgaat. Dit heeft een positief effect op de efficiëntie van het elektrolysesysteem.

In een uitvoeringsvorm van de warmwaterinstallatie volgens de uitvinding kan in gebruik het elektrolysesysteem zijn voorzien van een elektrolyt voor het verbeteren van de geleiding.

Een voordeel van het toevoegen van een elektrolyt is dat de efficiëntie van de productie van waterstof en/of zuurstof kan worden verhoogd. De elektrolyt kan bijvoorbeeld één of meer zouten en/of zeewater omvatten.

In een uitvoeringsvorm van de warmwaterinstallatie volgens de uitvinding kan deze verder een doseerinrichting omvatten voor het toevoegen van elektrolyt.

Door een doseerinrichting, bij voorkeur voorzien van een sensor en/of een regelaar, toe te passen kan de hoeveelheid elektrolyt geoptimaliseerd worden voor de hoeveelheid te produceren waterstof en zuurstof. Hiermee wordt de efficiëntie van het elektrolysesysteem en daarmee de warmwaterinstallatie verder verhoogd.

In een uitvoeringsvorm van de warmwaterinstallatie volgens de uitvinding kan het elektrolysesysteem zijn voorzien van een aantal elektroden omvattende één of meer van: palladium, iridium, en platina.

Door het toepassen van elektroden met palladium en/of iridium en/of platina kan een effectievere productie van het geproduceerde mengsel van waterstof en zaurstof worden gerealiseerd.

De uitvinding relateert verder ook aan een werkwijze voor het verwarmen van een vloeistofstroom, de werkwijze omvattende de stappen: — het voorzien van een warmwaterinstallatie volgens een uitvoeringsvorm van de vinding; — het opstarten van de warmwaterinstallatie met behulp van de verbranding van een aanvoer van een koolwaterstofgas;

— het activeren van het elektrolysesysteem en het produceren van het gasmengsel van zuurstof en waterstof; — het mengen van de aanvoer van een koolwaterstofgas met een gasmengsel van zuurstof en waterstof; — het optimaliseren van de verbranding met de brander; en — het verwarmen van de te verwarmen vloeistofstroom, verder omvattende: — het met een ontvochtiger ontvochtigen van het met het elektrolysesysteem geproduceerde gasmengsel van zuurstof en waterstof, en — het voorverwarmen van de te verwarmen vloeistofstoom met door het elektrolysesysteem geproduceerde warmte met behulp van een warmtewisselaar. De werkwijze volgens de uitvinding heeft soortgelijke effecten en voordelen als de warmwaterinstallatie volgens de uitvinding. Een voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding is dat, door het voorafgaand aan het mengen met een koolwaterstof, zoals aardgas, ontvochtigen van het geproduceerde gasmengsel van zuurstof en waterstof, wordt bereikt dat een hoger aandeel zuurstof en waterstof in het gasmengsel kan worden toegepast, terwijl tegelijkertijd een stabiele brandervlam wordt gerealiseerd. Hierdoor wordt een warmwaterinstallatie gerealiseerd met zowel een verminderde CO--uitstoot als een verminderde NO,-uitstoot.

Een verder voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding is dat de door de warmte geproduceerde elektrolysecel kan worden overgedragen op het te verwarmen water. Hiermee wordt bereikt dat de elektrolysecel op de juiste bedrijfstemperatuur gehouden kan worden, terwijl tegelijkertijd de benodigde hoeveelheid gasmengsel voor het verwarmen van het te verwarmen water kan worden verminderd.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding kan de werkwijze verder de stap omvatten van het reduceren van het aandeel koolwaterstof van zo’n 100 gew.% bij het starten van de warmwaterinstallatie naar een aandeel in het bereik van 3 tot 20 gew.%, bij voorkeur in het bereik van 5 tot 15 gew.%, en met de meeste voorkeur in het bereik van 10 tot 12 gew.%. wordt gebracht tijdens bedrijf van de warmwaterinstallatie.

Een voordeel van deze uitvoeringsvorm is dat op deze wijze een efficiënte start van de installatie wordt gerealiseerd, waarna het aandeel koolwaterstof (met de meeste voorkeur) terug gebracht kan worden naar slechts 10 tot 12 gew.% om zo een vermindering van de CO, en NO, uitstoot te realiseren.

Deze werkwijzestap omvat bij voorkeur eveneens het regelen van de gasmenger teneinde een optimaal gasmengsel aan de brander te leveren. Hiermee wordt de hoeveelheid uitgestoten NO, (nog) verder verminderd.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding Kan de werkwijze verder het regelen van de temperatuur in het elektrolysesysteem omvatten, waarbij de bedrijfstemperatuur ligt in het bereik van 60 tot 95 °C, bij voorkeur in het bereik van 70 tot 85 °C, en met de meeste voorkeur in het bereik van 77 tot 82 °C.

Door het regelen van de temperatuur in het elektrolysesysteem wordt gewaarborgd dat een optimale productie van waterstof en zuurstof wordt bereikt teneinde de uitstoot van CO: en NO, verder te beperken. Het regelen van de temperatuur kan onder andere één of meer omvatten van het actief onttrekken van warmte uit het elektrolysesysteem door het koelen van het systeem, het verminderen van het aan het elektrolysesysteem geleverde vermogen en/of het terugvoeren van uit de ontvochtiger onttrokken vloeistof aan het elektrolysesysteem.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding kan de werkwijze verder het met een vermogensregelaar in de tijd regelen van het aan het elektrolysesysteem geleverde vermogen omvatten.

Een voordeel van het in de tijd regelen van het geleverde vermogen is dat een efficiënte productie van waterstof en zuurstof wordt bereikt. Hiermee wordt met een zo laag mogelijke hoeveelheid vermogen een zo groot mogelijke hoeveelheid water- en zuurstof geproduceerd. De vermogensregelaar kan zijn ingericht voor het regelen van één of meer van voltage, amperage en/of frequentie van het geleverde vermogen, in relatie tot de geleiding.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding kan het vermogen worden aangepast zodanig dat de bedrijfstemperatuur van het elektrolysesysteem in gebruik in het gewenste bereik wordt gehouden.

Door de hoeveelheid aan het elektrolysesysteem geleverde vermogen aan te passen kan het elektrolysesysteem in het gewenste temperatuurbereik worden gehouden, waarmee een optimale prodactie van waterstof en zuurstof wordt bereikt.

De uitvinding relateert verder aan een gasdoseerinstallatie voor het bijmengen van cen gasmengsel in een warmwaterinstallatie, de gasdoseerinstallatie omvattende: — een aanvoerkoppeling voor het koppelen aan een aanvoer voor het aanvoeren van een te verwarmen vloeistofstroom; — een afvoerkoppeling voor het koppelen aan een afvoer voor het afvoeren van de verwarmde vloeistofstroom; — een gasmenger ingericht voor het mengen van een aanvoer van een koolwaterstofgas met een gasmengsel van zuurstof en waterstof en voorzien van een gaskoppeling voor het koppelen aan een gastoevoer; — een werkzaam met de gasmenger verbonden elektrolysesysteem ingericht voor het produceren van het gasmengsel van zuurstof en waterstof, verder omvattende:

— een ontvochtiger ingericht voor het ontvochtigen van het met het elektrolysesysteem geproduceerde gasmengsel van zuurstof en waterstof, en — een werkzaam met het elektrolysesysteem en de aanvoer van de verwarmen vloeistofstroom verbonden warmtewisselaar ingericht voor het voorverwarmen van de te verwarmen vloeistofstroom.

De gasdoseerinstallatie volgens de uitvinding heeft soortgelijke effecten en voordelen als de bovengenoemde warmwaterinstallatie volgens de uitvinding en de werkwijze voor het verwarmen van een vloeistof volgens de uitvinding.

De gasdoseerinstallatie volgens de uitvinding heeft als voordeel dat deze ook kan worden toegepast voor het ombouwen van een bestaande brander en/of warmwaterinstallatie naar een warmwaterinstallatie volgens de vinding. Daardoor wordt op eenvoudige en kostenefficiënte wijze een vermindering van de uitstoot van CO: en NO, bereikt. Dit wordt gerealiseerd doordat er geen nieuwe warmwaterinstallatie hoeft te worden geplaatst, terwijl de inefficiëntere bestaande warmwaterinstallatie kan worden verbeterd door het ombouwen naar een warmwaterinstallatie volgens de uitvinding.

Het wordt opgemerkt dat de gasdoseerinstallatie volgens de uitvinding ook in combinatie met de bovengenoemde andere componenten en uitvoeringsvormen van de warmwaterinstallatie en/of de werkwijze volgens de uitvinding combineerbaar zijn.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de uitvinding worden toegelicht aan de hand van voorbeelduitvoeringen daarvan, waarbij wordt verwezen naar de bijgevoegde figuren.

— Figuur 1 toont schematisch een voorbeeld van een eerste uitvoering van een warmwaterinstallatie volgens de uitvinding; en — Figuur 2 toont een blokschema van een voorbeeld van een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding.

In een voorbeeld van warmwaterinstallatie 2 (figuur 1) is deze voorzien van retour 6 voor het aanvoeren van een te verwarmen vloeistofstroom (R) en warmwater aanvoer 4 voor het afvoeren van de verwarmde vloeistofstroom (A). In dit voorbeeld betreft de vloeistofstroom (A, R) water voor het verwarmen van een gebouw, zoals een woonhuis, een wooncomplex. De vloeistofstroom (A, R) kan ook worden ingezet in of voor een warmteproces. Warmwaterinstallatie 21s verder voorzien van een brander 8 en daarmee verbonden gasaanvoer 10 voor het aanvoeren van een te verbranden gasmengsel.

Optioneel kan warmwaterinstallatie tevens zijn voorzien van een buffervat (niet getoond) dat is aangesloten op warmwaterinstallatie 2, zoals bijvoorbeeld aanvoer 4 of retour 6.

Warmwaterinstallatie 2 is verder voorzien van elektrolysesysteem 12 dat is ingericht voor het produceren van waterstof en zuurstof. Aanvoer 14 van elektrolysesysteem 12 is in dit voorbeeld gekoppeld aan vloeistofreservoir 16 voor het aanvoeren van te elektrolyseren vloeistof zoals water. Alternatief kan ook worden gekozen voor het direct aansluiten van aanvoer 14 op een externe vloeistofbron (niet getoond). In elektrolysesysteem 12 wordt een vloeistof, in dit geval water, door middel van elektriciteit omgezet in waterstofgas en zuurstofgas. Het geproduceerde mengsel van waterstof en zuurstof wordt via afvoer 18 uit elektrolysesysteem 12 naar ontvochtiger 20 gevoerd. Ontvochtiger 20 is ingericht voor het onttrekken van water uit het geproduceerde mengsel van waterstof en zuurstof. Het onttrokken water wordt via leiding 22 afgevoerd of, in dit voorbeeld, teruggevoerd naar reservoir 16. Ontvochtiger 20 is verder via leiding 24 verbonden met warmtewisselaar 26 voor het aanvoeren van warmte naar het geproduceerde mengsel van waterstof en zuurstof. Leiding 28 is verbonden met enerzijds warmtewisselaar 26 en anderzijds met gasmenger 30 voor het transporteren van het verwarmde gasmengsel van zuurstof en waterstof van warmtewisselaar 26 naar gasmenger 30. Gasmenger 30 is verder verbonden met koolwaterstofleiding 32 voor het aanvoeren van koolwaterstofgas en, aan een stroomafwaartse zijde, met gasaanvoer 10 voor het aanvoeren van het gasmengsel naar brander 8. Gasmenger 30 is ingericht voor mengen van het geproduceerde mengsel van waterstof en zuurstof met koolwaterstofgas uit koolwaterstofleiding 32 en voor het voor verbranding via gasaanvoer 10 naar brander 8 geleiden.

Elektrolysesysteem 12 is verder voorzien van spanningsbron 34 voor het leveren van elektriciteit voor de elektrolyse. Elektrolysesysteem 12 is verder voorzien van warmteafvoercircuit 35 dat wordt gevormd door leidingen 36, 38, 49 alsmede door warmtewisselaars 26, 42 en pomp

48. Restwarmte wordt via leiding 36 naar één of beide warmtewisselaars 26, 42 getransporteerd. Warmtewisselaar 26 is ingericht voor het overdragen van warmte naar het gasmengsel van zuurstof en waterstof dat door leiding 24 wordt aangevoerd. Warmtewisselaar 26 is aan de stroomafwaartse zijde verder verbonden met leiding 38 die uitmondt in leiding 40. Leiding 36 is verder verbonden met een ingangszijde van warmtewisselaar 42. Warmtewisselaar 42 is mgericht voor het overdragen van warmte naar vloeistof (R) uit leiding 6. Een uitgangszijde van warmtewisselaar 42 is verbonden met leiding 40 voor het transporteren van de gekoelde vloeistof naar elektrolysesysteem 12. Leiding 40 is voorzien van pomp 48 voor het door leidingen 36, 38, 40 van warmteafvoercircuit 35 van en naar elektrolysesysteem 12 transporteren van de vloeistof.

Warmwaterinstallatie 2 is in dit voorbeeld verder eveneens voorzien van regelaar 50 die ingericht is voor het regelen van één of meerdere parameters van warmwaterinstallatie 2. Regelaar 50 kan de vorm hebben van een besturings- en/of regelsysteem. Regelaar 50 kan bij voorbeeld zijn ingericht voor het aansturen van het te leveren vermogen aan het elektrolysesysteem (vermogensregeling) door middel van frequentie-, spannings-, of weerstandsregeling. Regelaar 50 kan ook worden ingericht voor het aansturen van doseersysteem 52 voor doseren van elektrolyt aan reservoir 16 of systeem 12.

Verder is warmwaterinstallatie 2 in dit voorbeeld voorzien van diverse temperatuur (T)- en flow (F) sensoren 54,56 die werkzaam zijn verbonden met regelaar 50 voor het leveren van respectievelijk temperatuur en stromingsgegevens. De sensoren F, T kunnen worden gebruikt door regelaar 50 voor het aan- en/of bijsturen van één of meer van de koolwaterstofgas-aanvoer via leiding 32, de waterstof- en zuurstofproductie door elektrolysesysteem 12 en/of de vermogensaanvoer naar elektrolysesysteem 12 voor het aansturen van warmwaterinstallatie 2. Andere aansturingsmogelijkheden voor het optimaliseren van de warmwaterinstallatie in termen van vermindering van CO, en NO, en het (verder) verhogen van de bedrijfszekerheid op basis van sensoren F, T door regelaar 50 behoren echter ook tot de mogelijkheden.

In een voorbeeld van de werkwijze 1000 {figuur 2) volgens de uitvinding omvat dit de stap van het voorzien 1002 van warmwaterinstallatie 2 volgens de uitvinding. Het voorzien 1002 kan ook de stappen omvatten van het verschaffen van een bestaande warmwaterinstallatie en het ombouwen 1018 daarvan naar warmwaterinstallatie 2 door het vervangen 1020 van de bestaande brander door gasmenger $ en het aanbrengen 1022 van elektrolysesysteem 12, een ontvochtiger 20 en warmtewisselaar 42. Optioneel kan worden gekozen voor het aanbrengen 1024 van warmtewisselaar 26 voor het overdragen van restwarmte naar het geproduceerde mengsel van zuurstof en waterstof.

In dit voorbeeld omvat werkwijze 1000 verder het opstarten 1004 van de warmwaterinstallatie met behulp van de verbranding van een aanvoer van een koolwaterstofgas en het activeren 1006 van het elektrolysesysteem en het produceren van het gasmengsel van zuurstof en waterstof. De werkwijze 1000 in dit voorbeeld omvat verder het mengen 1008 van de aanvoer van een koolwaterstofgas met een gasmengsel van zuurstof en waterstof en het optimaliseren 1010 van de verbranding met de brander. Ook omvat werkwijze 1000 in dit voorbeeld het verwarmen 1012 van de te verwarmen vloeistofstroom en het met een ontvochtiger ontvochtigen 1014 van het met het elektrolysesysteem geproduceerde gasmengsel van zuurstof en waterstof en het voorverwarmen 1016 van de te verwarmen vloeistofstoom met door het elektrolysesysteem geproduceerde warmte met behulp van een warmtewisselaar In bedrijf van warmwaterinstallatie 2 wordt het opstarten van warmwaterinstallatie 2 uitgevoerd via leiding 32 en gasmenger 30 koolwaterstofgas aan te voeren dat via gasaanvoer 10 naar brander 8 wordt gevoerd om daar verbrand te worden. Na of gelijktijdig met het opstarten van brander 8 wordt elektrolysesysteem 12 opgestart. Hiertoe wordt vloeistof, in dit voorbeeld in de vorm van water, uit reservoir 16 via leiding 14 aangevoerd naar elektrolysesysteem 12 om geëlektrolyseerd te worden. In dit voorbeeld is het water voorzien van elektrolyt uit doseersysteem 52 dat wordt aangestuurd door regelaar 50. Het geproduceerde mengsel van zuurstof en waterstof wordt via leiding 18 naar ontvochtiger 20 gevoerd, waar het wordt ontvochtigd. In dit geval geldt dat de temperatuur van het mengsel tussen de 70 °C en 80 °C bedraagt als het ontvochtiger 20 in gaat. Het onttrokken water wordt in dit voorbeeld in vloeibare vorm via leiding 22 teruggevoerd naar reservoir 16. Dit water kan ook worden afgevoerd of teruggevoerd naar elektrolysesysteem

20. Het ontvochtigde mengsel van zuurstof en waterstof uit ontvochtiger 20 is door het ontvochtigen in temperatuur gedaald. In dit voorbeeld kan die temperatuur zijn gedaald tot rond de °C. Het gekoelde mengsel van zuurstof en waterstof wordt door leiding 24 naar warmtewisselaar 26 gevoerd, waar het warmte opneemt uit restwarmtecircuit 35. Het opgewarmde mengsel van zuurstof en waterstof, dat in dit voorbeeld een temperatuur heeft van rond de 20 °C, wordt via leiding 28 naar gasmenger 30 gestuurd, waar het wordt gemengd met koolwaterstofgas 10 uit leiding 32. De verhouding tussen het mengsel van zuurstof en waterstof en het koolwaterstofgas wordt in dit voorbeeld geregeld door de aansturing van regelaar 50 op gasmenger 30.

Het ontstane gasmengsel wordt via gasaanvoer 10 naar brander 8 gevoerd voor verbranding en warmteproductie.

Tijdens bedrijf produceert elektrolysesysteem 12 ook (rest)warmte die, mede voor een goede werkmg van elektrolysesysteem 12, moet worden afgevoerd. Warmwaterinstallatie 2 beschikt daarvoor over restwarmtecircuit 35. Restwarmte wordt via leiding 36 uit elektrolysesysteem 12 afgevoerd naar warmtewisselaars 26 en 42. Vanaf de warmtewisselaars 26, 42 wordt de gekoelde vloeistof door pomp 48 via respectievelijke leidingen 38 en 40 teruggevoerd naar elektrolysesysteem 12 voor het opnieuw opnemen van restwarmte. De restwarmte wordt in warmtewisselaar 26 overgedragen op het mengsel van zuurstof en waterstof dat via leiding 24 en 28 wordt getransporteerd. Anderzijds wordt restwarmte via warmtewisselaar 42 overgedragen op retourleiding 6 die de op te warmen vloeistof aanvoert. Daartoe is warmtewisselaar 42 via tussenaanvoerleiding 44 en tussenafvoerleiding 46 verbonden met retourleiding 6. Op deze wijze wordt de in retourleiding 6 aangevoerde vloeistof dus voorverwarmd, waardoor een lagere hoeveelheid warmte nodig is om de te verwarmen vloeistof op de gewenste uitgangstemperatuur in aanvoerleiding 4 te Krijgen.

In dit voorbeeld zijn op diverse plaatsen flow- en/of temperatuursensoren aangebracht voor het meten van de flux en/of temperatuur als invoer voor regelaar 50. Deze sensoren kunnen allemaal of slechts gedeeltelijk of in het geheel niet worden aangebracht, omdat deze in beginsel voor de werking van warmwaterinstallatie 2 niet essentieel zijn.

De onderhavige uitvinding is geenszins beperkt tot de bovenbeschreven uitvoeringen daarvan, De gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende conclusies binnen de strekking waarvan modificaties denkbaar zijn.

Claims (17)

CONCLUSIES

1. Warmwaterinstallatie voor het verschaffen van een warme vloeistofstroom, de installatie omvattende: — een aanvoer voor het aanvoeren van een te verwarmen vloeistofstroom; — cen brander ingericht voor het verbranden van een gas of gasmengsel voor het verwarmen van de vloeistofstroom; — een afvoer voor het afvoeren van de verwarmde vloeistofstroom; — een werkzaam met de brander verbonden gasaanvoer; — een gasmenger ingericht voor het mengen van een aanvoer van een koolwaterstofgas met een gasmengsel van zuurstof en waterstof; — een werkzaam met de gasmenger verbonden elektrolysesysteem ingericht voor het produceren van het gasmengsel van zuurstof en waterstof, verder omvattende: — cen ontvochtiger ingericht voor het ontvochtigen van het met het elektrolysesysteem geproduceerde gasmengsel van zuurstof en waterstof; en — een werkzaam met het elektrolysesysteem en de aanvoer van de te verwarmen vloeistofstroom verbonden warmtewisselaar ingericht voor het voorverwarmen van de te verwarmen vloeistofstroom.

2. Warmwaterinstallatie volgens conclusie |, waarin de gasmenger is ingericht voor het reduceren van het aandeel koolwaterstof van zo’n 100 gew.% bij het starten van de warmwaterinstallatie naar een aandeel in het bereik van 3 tot 20 gew.%, bij voorkeur in het bereik van 5 tot 15 gew.%, en met de meeste voorkeur in het bereik van 10 tot 12 gew.%.

3. Warmwaterinstallatie volgens conclusie 2, verder omvattende een werkzaam met de gasmenger verbonden stromingsmeter voor het meten van de hoeveelheid door het elektrolysesysteem geproduceerde gas.

4. Warmwaterinstallatie volgens conclusie 1, 2 of 3, verder omvattende een tweede warmtewisselaar ingericht voor het verwarmen van het met het elektrolysesysteem geproduceerde en met de ontvochtiger ontvochtigde gasmengsel.

5. Warmwaterinstallatie volgens conclusie 4, waarin de eerste en tweede warmtewisselaar in een gecombineerd circuit zijn voorzien voor het overdragen van warmte uit het elektrolysesysteem naar de te verwarmen vloeistofstroom en het met de ontvochtiger ontvochtigde gasmengsel.

6. Warmwaterinstallatie volgens één van de voorgaande conclusies, verder omvattende een werkzaam met het elektrolysesysteem verbonden vermogensregelaar ingericht voor het leveren van vermogen aan het elektrolysesysteem.

7. Warmwaterinstallatie volgens conclusie 6, waarin de vermogensregelaar is voorzien van een optimalisator ingericht voor het in de tijd variëren van het geleverde vermogen.

8. Warmwaterinstallatie volgens één van de voorgaande conclusies, verder omvattende cen retour voor het retourneren van vloeistof uit de ontvochtiger naar het elektrolysesysteem.

9. Warmwaterinstallatie volgens één van de voorgaande conclusies, waarin in gebruik het elektrolysesysteem is voorzien van een elektrolyt voor het verbeteren van de geleiding.

10. Warmwaterinstallatie volgens conclusie 9, verder omvattende een doseerinrichting voor het toevoegen van elektrolyt.

11. Warmwaterinstallatie volgens één van de voorgaande conclusies, waarin het elektrolysesysteem is voorzien van een aantal elektroden omvattende één of meer van: palladium, iridium, en platina.

12. Werkwijze voor het verwarmen van een vloeistofstroom, de werkwijze omvattende de stappen: — het voorzien van een warmwaterinstallatie volgens één van de voorgaande conclusies; — het opstarten van de warmwaterinstallatie met behulp van de verbranding van een aanvoer van een Koolwaterstofgas; — het activeren van het elektrolysesysteem en het produceren van het gasmengsel van zuurstof en waterstof; — het mengen van de aanvoer van een koolwaterstofgas met een gasmengsel van zuurstof en waterstof; — het optimaliseren van de verbranding met de brander; en — het verwarmen van de te verwarmen vloeistofstroom, verder omvattende: — het met een ontvochtiger ontvochtigen van het met het elektrolysesysteem geproduceerde gasmengsel van zuurstof en waterstof; en — het voorverwarmen van de te verwarmen vloeistofstoom met door het elektrolysesysteem geproduceerde warmte met behulp van een warmtewisselaar.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, verder omvattende de stap van het reduceren van het aandeel koolwaterstof van zo’n 100 gew.% bij het starten van de warmwaterinstallatie naar een aandeel in het bereik van 3 tot 20 gew.%, bij voorkeur in het bereik van 5 tot15 gew.%, en met de meeste voorkeur in het bereik van 10 tot 12 gew.%. wordt gebracht tijdens bedrijf van de warmwaterinstallatie.

14. Werkwijze volgens conclusie 12 of 13, verder omvattende het regelen van de temperatuur in het elektrolysesysteem, waarbij de bedrijfstemperatuur ligt in het bereik van 60 tot 95 °C, bij voorkeur in het bereik van 70 tot 85 °C, en met de meeste voorkeur in het bereik van 77 tot 82 °C.

15. Werkwijze volgens conclusie 12, 13 of 14, verder omvattende het met een vermogensregelaar in de tijd regelen van het aan het elektrolysesysteem geleverde vermogen.

16. Werkwijze volgens conclusie 15, waarin het vermogen wordt aangepast zodanig dat de bedrijfstemperatuur van het elektrolysesysteem in gebruik in het gewenste bereik wordt gehouden.

17. Gasdoseerinstallatie voor het bijmengen van een gasmengsel in een warmwaterinstallatie, de gasdoseerinstallatie omvattende: — een aanvoerkoppeling voor het koppelen aan een aanvoer voor het aanvoeren van een te verwarmen vloeistofstroom; — een afvoerkoppeling voor het koppelen aan een afvoer voor het afvoeren van de verwarmde vloeistofstroom; — een gasmenger ingericht voor het mengen van een aanvoer van een koolwaterstofgas met een gasmengsel van zuurstof en waterstof en voorzien van een gaskoppeling voor het koppelen aan een gastoevoer; — een werkzaam met de gasmenger verbonden elektrolysesysteem ingericht voor het produceren van het gasmengsel van zuurstof en waterstof, verder omvattende: — een ontvochtiger ingericht voor het ontvochtigen van het met het elektrolysesysteem geproduceerde gasmengsel van zuurstof en waterstof; en een werkzaam met het elektrolysesysteem en de aanvoer van de verwarmen vloeistofstroom verbonden warmtewisselaar ingericht voor het voorverwarmen van de te verwarmen vloeistofstroom.