BE1021911B1 - Energiecel voor het omzetten van warmte in andere vormen van energie en inrichting voor het recupereren van warmte die daarvan gebruik maakt - Google Patents

Abstract

Energiecel die is voorzien van een drukvat (2) met twee kamers gescheiden door een membraan, respectievelijk een eerste kamer (6) gevuld met een faseveranderingsmateriaal (23) en een tweede kamer (7) gevuld met hydraulische vloeistof (24), welke energiecel (1) is voorzien van middelen om het faseveranderingsmateriaal (23) alternerend te kunnen laten opwarmen en afkoelen, gepaard gaande met een volumeverandering, waarbij de tweede kamer (7) is voorzien een doorgang (26) die dienst doet als ingang en/of als uitgang voor de hydraulische vloeistof (24), waarbij het membraan (5) elastisch wordt uitgerekt bij een faseverandering waarbij het volume in de eerste kamer (6) toeneemt.

Description

Energiecel voor het omzetten van warmte in andere vormen van energie en inrichting voor het recupereren van warmte die daarvan gebruik maakt.

De huidige uitvinding heeft betrekking op energiecel voor het omzetten van warmte in hydraulische, mechanische of elektrische energie.

Meer speciaal heeft de uitvinding betrekking op een energiecel die gebruik maakt van de eigenschappen van een faseveranderingsmateriaal waarvan het volume per definitie wijzigt bij elke faseverandering van een vaste naar een vloeibare fase en omgekeerd en waarbij de volumeveranderingen worden gebruikt als motor voor het opwekken van mechanische, hydraulische of andere vormen van energie.

Zulke energiecel is bijvoorbeeld bekend uit het ÜS 2011/0024075 waarin een energiecel is beschreven in de vorm van een cilinder en een in de cilinder beweegbare zuiger die in de cilinder een kamer afsluit die gevuld is met een dergelijk faseveranderingsmateriaal dat bij overgang van een vaste naar een vloeibare vorm door opwarming uitzet en daarbij de zuiger in de cilinder verplaatst, welke verplaatsing kan gebruikt worden om een mechanische kracht uit te oefenen.

Door het alternerend opwarmen en afkoelen van het faseveranderingsmateriaal in de cilinder kan men alternerend het faseveranderingsmateriaal doen smelten en stollen en daardoor alternerend in volume doen uitzetten en krimpen, wat resulteert in een in- en uitgaande beweging van de zuiger, welke beweging kan worden omgezet in een beweging voor het aandrijven van een motor of ander toestel.

Een ander voorbeeld van een energiecel is bekend uit de internationale octrooiaanvraag WO 2010/074616 waarin een energiecel is beschreven in de vorm van een cilindrisch drukvat met daarin een elastische blaas die gevuld is met een hydraulische vloeistof en die zich axiaal doorheen het drukvat uitstrekt in een ruimte omgeven door een mantel van faseveranderingsmateriaal waarmee de ruimte tussen het drukvat en de blaas is opgevuld. Bij een volumetoename van het faseveranderingsmateriaal wordt de hydraulische vloeistof uit de voornoemde blaas geknepen en wordt de daaruit voortvloeiende volumeverplaatsing van de hydraulische vloeistof gebruikt voor het opwekken van hydraulische energie.

Dergelijke energiecel is efficiënter dan de uitvoering in de vorm van een zuiger-cilinder aangezien er bij het samenknijpen van een elastische blaas geen wrijvingsverliezen optreden.

Een nadeel van een energiecel zoals beschreven in het WO 2010/074616 is dat de diameter van de blaas ten gevolge de volumeveranderingen relatief grote veranderingen ondergaat, wat resulteert in relatief hoge spanningen in het materiaal van de blaas en op termijn resulteert in een korte levensduur van de blaas.

Een ander nadeel is dat er bij het dichtknijpen van de blaas plooien kunnen ontstaan die het materiaal van de blaas plaatselijk kunnen verzwakken of zelfs delen van blaas kunnen afsluiten, waardoor de hydraulische vloeistof in deze delen belet wordt te ontsnappen, waardoor in deze delen bijzonder hoge drukken kunnen worden opgebouwd die niet bijdragen tot de omzetting in nuttige hydraulische energie en die een risico inhouden dat de blaas zou kunnen doorscheuren.

Nog een ander nadeel is dat de constructie van dergelijke energiecel relatief complex is en dat het assembleren en vervangen van de onderdelen relatief ingewikkeld is en veel tijd in beslag neemt.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan één of meer van de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden.

Hiertoe betreft de uitvinding een energiecel voor omzetting van warmte in hydraulische, mechanische of elektrische energie, welke energiecel is voorzien van een drukvat met daarin twee kamers die van elkaar gescheiden zijn door een ondoorlaatbaar en elastisch membraan, respectievelijk een eerste kamer die gevuld is met een faseveranderingsmateriaal waarvan het volume wijzigt bij elke faseverandering van een vaste naar een vloeibare fase en omgekeerd en een tweede kamer die bij gebruik van de energiecel gevuld is met een hydraulische vloeistof, waarbij de energiecel is voorzien van middelen om het faseveranderingsmateriaal alternerend te kunnen laten opwarmen en afkoelen om het faseveranderingsmateriaal alternerend van de vaste naar de vloeibare fase en omgekeerd te kunnen laten overgaan, telkens gepaard gaande met een volumeverandering van de eerste en van de tweede kamer, waarbij de tweede kamer is voorzien van minstens één doorgang die dienst kan doen als ingang en/of als uitgang voor de hydraulische vloeistof bij elke volumeverandering van de tweede kamer, met als kenmerk dat de energiecel zodanig is uitgevoerd dat het membraan elastisch wordt uitgerekt bij een faseverandering van het faseveranderingsmateriaal waarbij het volume van het faseveranderingsmateriaal in de eerste kamer toeneemt.

Een voordeel van een energiecel volgens de uitvinding is dat er bij het uitzetten van het faseveranderingsmateriaal geen ongewenste plooien kunnen ontstaan.

Bovendien is de grootte van het membraan niet beperkt door een relatief kleine beschikbare ruimte in het binnenste van de energiecel zoals dit het geval is bij de bekende energiecel beschreven in het WO 2010/074616, waardoor de spanningen in het materiaal van het membraan over een grotere oppervlakte kunnen worden verdeeld waardoor de spanningen voor eenzelfde volumeverandering van het faseveranderingsmateriaal kunnen verminderd worden en daardoor de levensduur van het membraan kan verlengd worden.

In een praktische uitvoeringsvorm van een energiecel volgens de uitvinding wordt het drukvat deels gevormd door een eerste buis en wordt het membraan uitgevoerd als een tweede buis die concentrisch in de eerste buis is aangebracht, waarbij de eerste kamer die gevuld is met faseveranderingsmateriaal wordt omgeven door het membraan en de tweede kamer die voorzien is om met een hydraulische vloeistof gevuld te worden zich uitstrekt rond het membraan tussen de behuizing en het membraan.

Het faseveranderingsmateriaal bevindt zich aldus in de kern van de energiecel en duwt bij een volumetoename de hydraulische vloeistof, bijvoorbeeld olie, die rond het membraan aanwezig is naar buiten.

Doordat de hydraulische vloeistof zich aan de buitenkant van het buisvormig membraan bevindt is voor eenzelfde volumeverplaatsing van de hydraulische vloeistof een kleinere uitzetting nodig van de diameter van het membraan, wat leidt tot lagere spanningen in het membraan.

In deze praktische uitvoeringsvorm worden de beide kamers bij voorkeur begrensd door twee deksels die op een afstand van elkaar in het drukvat worden vastgehouden en waarvan er bij voorkeur minstens één deksel, bij voorkeur beide deksels, uitneembaar is of zijn en waarbij het membraan met zijn vrije randen afdichtend gevat zit in deze deksels of tussen de deksels en de behuizing.

Op die manier wordt de assemblage en vervanging of onderhoud van de onderdelen bijzonder gemakkelijk en snel uitvoerbaar.

In dit verband geniet het de voorkeur om minstens één deksel en bij voorkeur beide deksels tweedelig uit te voeren met een eerste deel dat in het drukvat wordt vastgehouden en een tweede deel dat in of tegen het eerste deel is bevestigd met inklemming van een voornoemde rand van het membraan tussen het eerste en het tweede deel ter afdichting tussen de twee kamers, wat de assemblage en het vervangen van onderdelen nog eenvoudiger maakt.

Een goedkoper oplossing is deze met een ééndelig deksel waarbij de rand van het membraan bij montage wordt ingeklemd tussen het deksel en de wand van het drukvat.

Om te voorkomen dat het membraan ongewenste vervormingen zou ondergaan kan het membraan op zijn buitenomtrek op bepaalde plaatsen voorzien zijn van ribben die als het ware dienst doen als afstandshouders tussen het membraan en de binnenwand van het drukvat om zodoende te voorkomen dat de hydraulische vloeistof bij een uitzetting van het faseveranderingsmateriaal in bepaalde zones zou worden ingesloten tussen het membraan en het drukvat zonder uitweg naar een uitgang.

Deze ribben dienen tevens als versterkingsribben voor het membraan.

Op dezelfde manier kan ook de binnenwand van het drukvat voorzien zijn van zulke ribben.

Bij voorkeur worden de voornoemde middelen om het faseveranderingsmateriaal alternerend te kunnen laten opwarmen en/of afkoelen gevormd door een buizenwarmtewisselaar met buizen die zich doorheen het faseveranderingsmateriaal uitstrekken en die voorzien zijn om op een toevoer en een afvoer van een warm medium en/of op een toevoer en afvoer van een koud medium te kunnen worden aangesloten.

Dit heeft als voordeel dat gebruik kan gemaakt worden van de warmte die kan gerecupereerd worden uit afvalstromen die vaak in de vorm van warm water of dergelijke als bijproduct van een industrieel proces worden geproduceerd en die meestal verloren gaat als onbruikbare warmte vermits de temperatuur van deze afvalstromen vaak onvoldoende is om er met de bestaande energierecuperatiesystemen op een rendabele manier energie uit te recupereren.

In dit verband is het nuttig om een faseveranderingsmateriaal te kiezen met een zo laag mogelijke smelttemperatuur die bijvoorbeeld gelegen is tussen 25°C en 95°C en bij voorkeur lager is dan 60°C.

Op die manier kan er ook warmte worden gerecupereerd uit afvalstromen met een lage temperatuur, bijvoorbeeld onder de 60°C.

Paraffine of was is een geschikt faseveranderingsmateriaal voor de beoogde toepassing die afhankelijk van de soort paraffine of was een lage smelttemperatuur heeft, bijvoorbeeld rond de 45°C en waarvan het volume aanzienlijk toeneemt bij overgang van de vaste naar de vloeibare fase en zijn oorspronkelijk volume terug inneemt bij stolling.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting voor het recupereren van warmte uit een warm medium en het omzetten ervan in hydraulische, mechanische of elektrische energie, waarbij de inrichting minstens één energiecel bevat met een buizenwarmtewisselaar zoals hiervoor beschreven, waarvan de tweede kamer is aangesloten op een hydraulisch circuit voor de aandrijving van een hydraulische verbruiker zoals een motor of cilinder en de warmtewisselaar in de eerste kamer via een kleppensysteem is aangesloten op een circuit met een toevoer van een koud medium waarvan de aanvoertemperatuur lager is dan de smelttemperatuur van het faseveranderingsmateriaal en op een circuit met een toevoer van een warm medium waarvan de aanvoertemperatuur groter is dan de smelttemperatuur van het faseveranderingsmateriaal, waarbij het kleppensysteem zodanig is dat alternerend het koud medium en het warm medium gedurende een zekere periode doorheen de warmtewisselaar worden gestuurd.

Met zulke inrichting is het mogelijk om de thermische energie van een afvalstroom om te zetten in bruikbare hydraulische, mechanische of elektrische energie.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen beschreven van een energiecel volgens de uitvinding, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin: figuur 1 schematisch en in perspectief een doormidden gesneden energiecel volgens de uitvinding weergeeft; figuur 2 een doorsnede toont van de energiecel van figuur 1, doch met gedeeltelijke weglating; figuur 3 het membraan weergeeft dat in figuur 2 door pijl F3 is aangeduid; figuur 4 op grotere schaal de doorsnede weergeeft die in figuur 2 door het kader F4 is aangeduid, ditmaal zonder weglating; figuur 5 op nog groter schaal het gedeelte weergeeft dat in figuur 4 door het kader F5 is aangeduid; figuur 6 zeer schematisch een inrichting volgens de uitvinding weergeeft die is voorzien van een energiecel volgens de uitvinding met een faseveranderingsmateriaal in gestolde toestand; figuur 7 de inrichting van figuur 6 toont maar met het faseveranderingsmateriaal in gesmolten toestand; figuur 8 een doorsnede weergeeft van een alternatieve uitvoeringsvorm van een energiecel volgens de uitvinding; figuur 9 een doorsnede toont zoals deze van figuur 4, doch voor een variante uitvoeringsvorm van een energiecel volgens de uitvinding.

De in figuur 1 weergegeven energiecel 1 is in dit geval samengesteld uit een cilindrisch drukvat 2 met aan beide uiteinde een uitneembaar deksel 3 dat in dit geval door een borgring 4 in de vorm van een moer in het drukvat 2 wordt vastgehouden op een afstand tussen beide deksels 3.

Het drukvat 2 is gemaakt om te kunnen weerstaan aan zeer hoge drukken, bijvoorbeeld drukken tot 10.000 kPa (1000 bar) , in functie van de gewenste drukken in een bepaalde toepassing.

De ruimte die wordt afgebakend door het drukvat 2 en door de deksels 3 wordt door middel van een cilindrisch membraan 5 in twee kamers verdeeld, respectievelijk een eerste kamer 6 die omgeven wordt door het membraan 5 zelf en een tweede kamer 7 die zich rond het membraan 5 uitstrekt tussen het drukvat 2 en het membraan 5, zoals het best te zien is in figuur 2.

Het membraan 5 is vervaardigd uit een ondoorlatend elastisch materiaal zoals rubber, bijvoorbeeld nitrilrubber, of een elastomeer of een composietmateriaal of dergelijke, en is aan elk uiteinde met een vrije rand 8 afdichtend gevat in een betreffend deksel 3.

Hiertoe zijn de voornoemde randen 8 van het membraan 5 voorzien van een verdikking 9 die als een geïntegreerde dichting kan dienst doen en zijn de deksels 3, in de uitvoeringsvorm van de figuren 4 en 5, tweedelig uitgevoerd met een eerste deel 3Ä dat door de voornoemde borgring 4 in het drukvat 2 wordt vastgehouden en een tweede deel dat in of tegen het eerste deel is bevestigd met inklemming van een voornoemde rand 8 met verdikking 9 van het membraan 5 in een kamer 10 die tussen beide delen 3A en 3B wordt ingesloten.

Het tweede deel 3B van elk deksel 3 wordt tegen het eerste deel 3A vastgeklemd door middel van bouten 11 of dergelij ke.

Tussen het deksel 3 en het drukvat 2 en de borgring 4 zijn dichtingen 12 en 13 voorzien.

Op de naar de tweede kamer 7 gerichte buitenzijde is het membraan 5 voorzien van één of meer ribben 14, in dit geval omtreksribben 14, met een zekere dikte die lokaal dienst kunnen doen als afstandshouders tussen het membraan 5 en het drukvat 2 en die tevens dienst doen als versterkingsribben 14 van het membraan 5. In het weergegeven voorbeeld zijn de ribben 14 en het membraan 5 uit één stuk in hetzelfde materiaal vervaardigd, alhoewel dit geen strikte noodzaak is.

Op dezelfde manier is het drukvat 2 op de naar het membraan 5 gerichte binnenzijde voorzien van ribben 15 met een zekere dikte, waarbij deze ribben 15 bij voorkeur eveneens zijn uitgevoerd als omtreksribben 15 en bijvoorkeur zijn voorzien tegenover overeenstemmende ribben 14 van het membraan 5.

De energiecel 1 is verder voorzien van een buizenwarmtewisselaar 16 in de vorm van een bundel van buizen 17 die zich axiaal doorheen de eerste kamer 6 uitstrekken en die met hun uiteinden 18 door middel van een afdichtende O-ring 20 gevat zitten in doorgangen 19 in de respectievelijke deksels 3.

De ruimte rond de buizen 17 in de eerste kamer 6 is opgevuld met een faseveranderingsmateriaal 23 dat zich bij niet gebruik van de energiecel 1 in een gestolde toestand bevindt zoals weergegeven in figuur 4 en dat in deze toestand een volume inneemt dat net voldoende is om de eerste kamer 6 te vullen wanneer de energiecel leeg is en niet in gebruik of iets groter is dan dit leeg volume van de eerste kamer 6 zodat het membraan in deze toestand in radiale richting niet of slechts licht opgespannen is.

De buizen 17 vormen een verbinding tussen beide uiteinden 21 en 22 van het drukvat 2, welke uiteinden 21 en 22 kunnen fungeren als inlaat en/of als uitlaat voor een koud of warm medium dat er doorheen kan worden geleid voor het opwarmen of afkoelen van het faseveranderingsmateriaal 23 om dit faseveranderingsmateriaal 23 te kunnen laten smelten of te kunnen laten stollen.

Bij voorkeur zijn de buizen 17 aan hun buitenzijde voorzien van radiaal gerichte vinnen die niet in de figuren zijn weergegeven en die de bedoeling hebben om het warmteoverdragend oppervlak tussen de buizen 17 en het faseveranderingsmateriaal 23 te vergroten. Bovendien vormen de vinnen als het ware het skelet ter ondersteuning van het faseveranderingsmateriaal 23. De tussenafstand tussen de radiaal gerichte vinnen kan zowel constant als variabel zijn, al afhankelijk van de toepassing.

De buizen kunnen aan de binnenzijde al of niet zijn voorzien van interne vinnen die bijvoorbeeld de bedoeling kunnen hebben om het warmteoverdragend oppervlak tussen het medium in de buizen en de buizen te vergroten of om het medium te laten wervelen of dergelijke en als het ware microkanalen te genereren waardoor de turbulente warmteoverdracht beter is.

Het faseveranderingsmateriaal 23 is bij voorkeur een materiaal met een lage smelttemperatuur die gelegen is tussen 25°C en 95°C, beter met een smelttemperatuur van het medium die lager is dan 60°C teneinde het faseveranderingsmateriaal 23 bij lage temperaturen van het medium te kunnen laten smelten.

Een voorbeeld van een geschikt faseveranderingsmateriaal 23 is paraffine of was waarvan het volume in gesmolten toestand aanzienlijk groter is dan in gestolde toestand.

Wanneer de energiecel in gebruik is, is de tweede kamer 7 gevuld met een hydraulische vloeistof 24 afkomstig van een hydraulisch circuit dat hydraulisch in verbinding staat met de tweede kamer 7 via twee aansluitnippels 25 die elk in een doorgang 26 van het drukvat 2 zijn geschroefd en die voorzien zijn van een kap 27 die belet dat het membraan 5 in radiale richting in de nippel 25 of doorgang 26 uit het drukvat 2 zou kunnen geduwd worden.

Het membraan 5 doet dienst als ondoordringbare afscheiding tussen het faseveranderingsmateriaal in de eerste kamer 6 en de hydraulische vloeistof in de tweede kamer 7.

Het gebruik van een energiecel 1 volgens de uitvinding is zeer eenvoudig en wordt hierna uitgelegd aan de hand van figuur 7 waarin de energiecel 1 is weergegeven als deel uitmakend van een inrichting 28 volgens de uitvinding voor het recupereren van warmte uit een aanvoer A van een warm medium dat een temperatuur heeft die hoger is dan de smelttemperatuur van het faseveranderingsmateriaal 23.

Deze aanvoer A van warm medium is via een kleppensysteem 29 verbonden met uiteinde 21 van de energiecel 1, terwijl het andere uiteinde 22 van de energiecel 1 verbonden is met een afvoer B voor het warm medium nadat dit doorheen de buizenwarmtewisselaar 16 van de energiecel 1 is gestuurd.

Op analoge manier is de energiecel 1 via het voornoemde kleppensysteem 29 verbonden met een aanvoer C voor een koud medium en een afvoer D voor ditzelfde medium na passage doorheen de warmtewisselaar 16.

Het koud medium dat wordt aangevoerd, heeft een temperatuur die lager is dan deze van de smelttemperatuur van het faseveranderingsmateriaal 23.

Het kleppensysteem 29 is zodanig dat alternerend het koud medium en het warm medium gedurende een zekere periode doorheen de warmtewisselaar 16 kunnen worden gestuurd.

De energiecel 1 is tevens via de aansluitnippels 25 en een ander kleppensysteem 30 aangesloten op een hydraulisch circuit 31 voor de aandrijving van een hydraulische verbruiker 32 die hier, bij wijze van voorbeeld, is voorgesteld als een hydraulische motor 33 voor het aandrijven van een elektrische generator 34.

Het kleppensysteem 30 is er op voorzien dat de vloeistof in het circuit 31 steeds in dezelfde richting circuleert.

De inrichting werkt als volgt.

Vertrekkende van een toestand zoals weergegeven in figuur € waarbij het faseveranderingsmateriaal 23 zich in een gestolde toestand bevindt, wordt gedurende een eerste periode van bijvoorbeeld een vijftiental seconden het kleppensysteem 29 zodanig aangestuurd dat gedurende deze periode warm medium van de aanvoer A doorheen de buizenwarmtewisselaar 16 naar de afvoer B wordt gestuurd zoals weergegeven in figuur 7 terwijl de aan- en afvoer van het koud medium is afgesloten.

Door de warmte van het warm medium wordt het faseveranderingsmateriaal 23 opgewarmd en aan het smelten gebracht, waardoor het volume van het faseveranderingsmateriaal 23 toeneemt en hierdoor het membraan 5 radiaal wordt weggeduwd waardoor het volume van de tweede kamer 7 kleiner wordt en de hydraulische vloeistof uit deze kamer 7 in het circuit 31 wordt geperst bij een druk die afhankelijk is van de hydraulische weerstand van dit circuit en in bijzonder van de belasting gevraagd door de verbruiker 32.

Tijdens een volgende periode wordt nu, zoals weergegeven in figuur 6, het koude medium in plaats van het warme medium doorheen de warmtewisselaar 16 gestuurd door een gepaste aansturing van het kleppensysteem 29.

Hierdoor gaat het gesmolten faseveranderingsmateriaal 23 opnieuw stollen en in volume afnemen, waardoor de hydraulische vloeistof vanuit het circuit 31 naar de energiecel kan terugvloeien.

Op die manier functioneert de energiecel 1 als het ware als een kloppend hart om de verbruiker 32 alternerend van hydraulische olie te voorzien.

In de praktijk zal steeds een batterij van meerdere energiecellen 1 in het circuit 31 worden ingeschakeld, waarbij het kleppensysteem 29 ervoor zal zorgen dat gelijktijdig en met gelijklopende periodes een deel van de energiecellen 1 wordt gevoed met warm medium en een ander deel wordt gevoed met koud medium en dat voor deze cellen alterend gelijktijdig wordt omgeschakeld van koud naar warm medium of omgekeerd zodanig dat er steeds cellen zijn die hydraulische vloeistof naar de verbruiker 32 sturen en deze met een grotere regelmatigheid steeds in dezelfde richting kan worden aangedreven.

In figuur 8 is een variante weergegeven van een energiecel waarbij een deel van het kleppensysteem 29 is geïntegreerd in een dubbel aansluitstuk 35 aan elk van de uiteinden 21 en 22 van de energiecel 1 in de vorm van een terugslagklep 36 in elk van twee aansluiting 37 en 38 die in elk aansluitstuk 35 zijn voorzien voor aansluiting op een warm en een koud circuit.

In figuur 9 is een uitvoeringsvariant van een energiecel 1 weergegeven waarbij in dit geval een deksel 3 eendelig is uitgevoerd en waarbij de rand 8 van het membraan 5 is ingeklemd tussen de wand van het drukvat 2 en het eendelig deksel 3 in een daarvoor uitgeholde kamer 10.

Alhoewel in het weergegeven voorbeeld het drukvat 2 en het membraan 5 zijn uitgevoerd als coaxiale cilinders, zijn andere vormen niet uitgesloten die ervoor zorgen dat het membraan 5 elastisch wordt uitgerekt bij een uitzetting van het faseveranderingsmateriaal 23.

In plaats van een faseveranderingsmateriaal 23 te gebruiken dat uitzet bij het smelten is het niet uitgesloten een faseveranderingsmateriaal te gebruiken dat krimpt bij het smelten.

Het is tevens niet uitgesloten om in de plaats van een buizenwarmtewisselaar 16 andere middelen te gebruiken om het faseveranderingsmateriaal 23 alternerend te kunnen laten opwarmen en afkoelen.

Het is overigens niet uitgesloten dat de buizen 17 geen rechte buizen zijn maar bijvoorbeeld U-vormig geplooide buizen die bijvoorbeeld met beide uiteinde gevat zit in éénzelfde deksel 3.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch een energiecel volgens de uitvinding kan in allerlei vormen en afmetingen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (24)

1. Conclusies .

   1. - Energiecel voor omzetting van warmte in hydraulische energie, welke energiecel (1) is voorzien van een drukvat (2) met daarin twee kamers die van elkaar gescheiden zijn door een ondoorlaatbaar en elastisch membraan, respectievelijk een eerste kamer (6) die gevuld is een faseveranderingsmateriaal (23) waarvan het volume wijzigt bij elke faseverandering van een vaste naar een vloeibare fase en omgekeerd en een tweede kamer (7) die bij gebruik van de energiecel (1) gevuld is met een hydraulische vloeistof (24), waarbij de energiecel (1) is voorzien van middelen om het faseveranderingsmateriaal (23) alternerend te kunnen laten opwarmen en afkoelen om het faseveranderingsmateriaal (23) alternerend van de vaste naar de vloeibare fase en omgekeerd te kunnen laten overgaan, telkens gepaard gaande met een volumeverandering van de eerste kamer (6) en van de tweede kamer (7), waarbij de tweede kamer (7) is voorzien van minstens één doorgang (26) die dienst kan doen als ingang en/of als uitgang voor de hydraulische vloeistof (24) bij elke volumeverandering van de tweede kamer (7), daardoor gekenmerkt dat de energiecel (1) zodanig is uitgevoerd dat het membraan (5) elastisch wordt uitgerekt bij een faseverandering van het faseveranderingsmateriaal (23) waarbij het volume van het faseveranderingsmateriaal (23) in de eerste kamer (6) toeneemt.
2. 2. - Energiecel volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat het drukvat (2) deels wordt gevormd door een eerste buis en het membraan (5) is uitgevoerd als een tweede buis die coaxiaal in de eerste buis is aangebracht, waarbij de eerste kamer (6) die gevuld is met faseveranderingsmateriaal (23) wordt omgeven door het membraan en de tweede kamer (7) die voorzien is om met een hydraulische vloeistof (24) gevuld te worden zich uitstrekt rond het membraan (5) tussen de wand van het drukvat (2) en het membraan (5).
3. 3. - Energiecel volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat de eerste en tweede kamer (6, 7) worden begrensd door twee deksels (3) die op een afstand van elkaar in het drukvat (2) worden vastgehouden, waarbij het membraan (5) met zijn vrije randen (8) afdichtend gevat zit in deze deksels (3) of tussen de deksels (3) en de wand van het drukvat (2).
4. 4. - Energiecel volgens conclusie 3, daardoor gekenmerkt dat minstens één deksel (3) uitneembaar is, bij voorkeur beide deksels (3) uitneembaar zijn, en dat er één of meer dichtingen (12, 13) zijn voorzien tussen elk uitneembaar deksel (3) en het drukvat (2).
5. 5. - Energiecel volgens conclusie 4, daardoor gekenmerkt dat één of beide uitneembare deksels (3) in het drukvat (2) in axiale richting worden vastgehouden door middel van een borgring (4).
6. 6. - Energiecel volgens één van de conclusies 3 tot 5, daardoor gekenmerkt dat minstens één deksel (3) tweedelig is uitgevoerd met een eerste deel (3A) dat in het drukvat (2) wordt vastgehouden en een tweede deel (3B) dat in of tegen het eerste deel (3A) is bevestigd met inklemming van een voornoemde rand (8) van het membraan (5) tussen het eerste deel (3Δ) en het tweede deel (3B) ter afdichting tussen de twee kamers (6 en 7) .
7. 7. - Energiecel volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat tussen het eerste deel (3A) en het tweede deel (3B) van het deksel (3) een kamer (10) wordt ingesloten en dat de voornoemde rand (8) van het membraan (5) is voorzien van een verdikking (9) die als een geïntegreerde dichting axiaal gevat zit in deze kamer (10).
8. 8. - Energiecel volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde doorgangen (26) die dienst kunnen doen als ingang en/of uitgang voor de hydraulische vloeistof (24) in de tweede kamer (7) zijn afgeschermd door een kap of scherm (27) die belet dat het membraan (5) bij het uitzetten van het faseveranderingsmateriaal (23) in de betreffende doorgang (26) zou kunnen geduwd worden.
9. 9. - Energiecel volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het membraan (5) op de naar de tweede kamer (7) gerichte zijde is voorzien van één of meer ribben (14) met een zekere dikte.
10. 10. - Energiecel volgens conclusie 9, daardoor gekenmerkt dat in het geval van een buisvormig membraan (5) de ribben (14) omtreksribben zijn.
11. 11. - Energiecel volgens conclusie 9 of 10, daardoor gekenmerkt dat de ribben (14) en het membraan (5) uit één stuk in hetzelfde materiaal zijn vervaardigd.
12. 12. - Energiecel volgens conclusie één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het drukvat (2) op de naar het membraan (5) gerichte zijde is voorzien van ribben (15) met een zekere dikte.
13. 13. - Energiecel volgens conclusie 12, daardoor gekenmerkt dat in het geval van een buisvormig drukvat (2) de ribben (15) omtreksribben zijn.
14. 14. - Energiecel volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de middelen om het faseveranderingsmateriaal (23) alternerend te kunnen laten opwarmen en/of afkoelen worden gevormd door een buizenwarmtewisselaar (16) met buizen (17) die zich doorheen het faseveranderingsmateriaal (23) uitstrekken en die voorzien zijn om op een toevoer (A) en afvoer (B) van een warm medium en/of op een toevoer (C) en afvoer (D) van een koud medium te kunnen worden aangesloten.
15. 15. - Energiecel volgens één van de conclusies 3 tot 14, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde buizen (17) zich doorheen de eerste kamer (10) en doorheen de deksels (3) uitstrekken.
16. 16. - Energiecel volgens conclusie 14 of 15, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde buizen (17) aan hun buitenzijde zijn voorzien van radiaal gerichte vinnen om het warmteoverdragend oppervlak met het faseveranderingsmateriaal (23) te vergroten.
17. 17. - Energiecel volgens één van de conclusies 14 tot 16, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde buizen (17) aan hun binnenzijde zijn voorzien van interne vinnen om het warmteoverdragend oppervlak tussen het medium in de buizen en de buizen te vergroten of om het medium te laten wervelen of dergelijke en als het ware microkanalen te genereren waardoor de turbulente warmteoverdracht beter is.
18. 18. - Energiecel volgens één van de conclusies 15 tot 17, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde buizen (17) zich uitstrekken tussen een inlaat en een inlaat, waarbij de inlaat en de uitlaat elk zijn voorzien van twee aansluitingen (37, 38), respectievelijk een aansluiting (37) voor aansluiting op een warm circuit met een warm medium om het faseveranderingsmateriaal (23) te laten smelten en een aansluiting (38) voor aansluiting op een koud circuit met een koud medium om het faseveranderingsmateriaal (23) terug te laten stollen.
19. 19. - Energiecel volgens conclusie 18, daardoor gekenmerkt dat elke aansluiting is voorzien van een terugslagklep (36) die moet toelaten om de buizenwarmtewisselaar (16) alternerend te voorzien van warm en koud medium.
20. 20. - Energiecel volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het faseveranderingsmateriaal (23) een materiaal is met een smelttemperatuur die gelegen is tussen 25°C en 95°C, bij voorkeur met een smelttemperatuur die lager is dan 60°C.
21. 21. - Energiecel volgens conclusie 20, daardoor gekenmerkt dat het faseveranderingsmateriaal (23) paraffine of was kan zijn.
22. 22. - Energiecel volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het membraan (5) is vervaardigd uit een elastisch materiaal zoals rubber, bijvoorbeeld nitrilrubber, of een elastomeer of een composietmateriaal of dergelijke.
23. 23. - Inrichting voor het recupereren van warmte uit een warm medium en het omzetten ervan in hydraulische, mechanische of elektrische energie, daardoor kenmerkt dat de inrichting (28) minstens één energiecel (1) bevat volgens één van de conclusies 1 tot 22 waarvan de tweede kamer (7) is aangesloten op een hydraulisch circuit (31) voor de aandrijving van een hydraulische verbruiker (32) en de buizenwarmtewisselaar (16) in de eerste kamer (6) via een kleppensysteem (30) is aangesloten een aanvoer (C) van een koud medium waarvan de aanvoertemperatuur lager is dan de smelttemperatuur van het faseveranderingsmateriaal (23) en op een aanvoer van een warm medium waarvan de aanvoertemperatuur groter is dan de smelttemperatuur van het faseveranderingsmateriaal, waarbij het kleppensysteem (29) zodanig is dat alternerend het koud medium en het warm medium gedurende een zekere periode doorheen de warmtewisselaar (16) worden geleid.
24. 24.- Inrichting volgens conclusie 23, daardoor gekenmerkt dat zij meerdere energiecellen (1) bevat en het kleppensysteem (29) zodanig is dat gelijktijdig en met gelijklopende periodes een deel van de energiecellen (1) wordt voorzien van warm medium en een ander deel wordt voorzien van koud medium en dat voor deze cellen gelijktijdig wordt omgeschakeld van koud naar warm medium of omgekeerd.