NL1037581C2 - Energiewinning uit laagwaardige warmte. - Google Patents

Description

Energiewinning uit laagwaardige warmte.

Het is algemeen bekend dat bij de opwekking van energie uit fossiele brandstoffen slechts een deel van de verbrandingswarmte omgezet wordt 5 in nuttige energie terwijl de rest als warmte ongebruikt verdwijnt in het milieu. Ditzelfde geldt voor zowel kernenergie als voor allerhande industriële processen zoals zout productie, hoogovens, raffinaarderijen enz.

Met de huidige stand der techniek blijft veelal een restwarmte stroom 10 over van rond 60 graden celsius.

De onderhavige uitvinding biedt een methode om deze restwarmte nuttig aan te wenden door als een soort naverbrander hier nog aanvullende energie uit terug te winnen, bijvoorbeeld elektrische energie.

15

Het principe betreft de benutting van het druk verschil van een superkritische vloeistof cq gas bij verschillende temperaturen. Als voorbeeld kan dienen superkritisch C02 dat bij een temperatuur van 25° C een druk heeft van 65 bar en bij een tempertuur van 55° C een druk van 20 100 bar. Door nu afwisselend met behulp van afvalwarmte uit een proces een vat gevuld met superkritisch C02 te verwarmen en met koelwater een ander vat eveneens gevuld met superkritisch C02 te koelen zal er in het ene vat een druk ontstaan van 65 bar en in het ander een druk van 100 bar. De bovengenoemde vaten zijn gedeeltelijk gevuld met water.

25 Bovendien zijn de vaten onderling met elkaar verbonden door een leiding waarin een waterkracht turbine is opgenomen. Door het bovengenoemde drukverschil van 100-65=35 bar zal er via deze turbine energie uit de volume stroom gewonnen kunnen worden. Er wordt aldoende energie opgewekt vergelijkend met een waterkrachtscentrale met een water 1037581 2 hoogte verschil van 350 m. Nadat de uitwisseling van water plaatsgevonden heeft in de ene richting zullen de respectievelijke warm-cq koelwaterstromen omgekeerd worden en herhaalt het proces zich in omgekeerde richting. De turbine zal dubbelwerkend dienen te zijn, hetzij 5 direct dan wel via een afsluiter- en leidingconfiguratie als bekend bij de vakman.

Aan de hand van bijgesloten figuren zal het proces schematisch nader beschreven worden.

10 In figuur 1 is als (1) aangegeven een drukvat al dan niet thermisch geïsoleerd. Dit vat is gedeeltelijk gevuld met water (2) en daarboven met gas (3), bijvoorbeeld superkritisch C02. De water en gas laag is gescheiden door een afsluitende drijvende voorziening (4). Het bovenste deel van het vat is voorzien van een leiding als warmtewisselaar (5) die 15 met water gevoed wordt via een leiding (6) en afgevoerd wordt via (7). Een tweede drukvat (8) is identiek aan het hiervoor beschreven drukvat (1) met dien verstande dat de scheidingsvoorziening (9) zich in de laagste stand bevindt.

De twee drukvaten zijn aan de onderzijde verbonden met een leiding(lO) 20 waarvan de waterstroom geopend dan wel gesloten kan worden met afsluiter (11). De in de leiding aangebrachte waterkracht turbine (12) wekt elektrische stroom op uit het druk verschil tuusen de twee vaten. De scheidingsvoorzieningen (4) en (9) vervullen een soortgelijke rol als de zuigers in een verbrandingsmoter. In figuur (1) is een situatie 25 weergegeven aan het einde van een arbeidsslag waarbij leiding (13) gevoed werd met warm water en leiding(6) met koelwater. Om nu over tegaan tot een volgende arbeidsslag worden de genoemde waterstromen gewisseld.

Als alternatief voor een directe koppeling van de waterkrachtturbine aan 3 een generator kan gekozen worden om waterkrachtturbine te koppelen aan een pomp, waarmee water op een hoger niveau gepompt kan worden in een reservoir. Dit hooggelegen reservoir kan men dan via conventionele waterkrachtturbine laten leeg lopen om aldus een 5 gestabiliseerde elektriciteits productie te verkrijgen. Met deze methode kunnen meerdere sets van drukvaten gekoppeld worden en aldus modulair de capaciteit vergroot worden.

Het principe van de beschreven methode kan behalve voor C02 toegepast 10 worden voor andersoortige gassen al dan niet superkritisch. Bovendien is het mogelijk om de verkregen drukverschillen aan te wenden voor hydraulische drukopbouw voor bijvoorbeeld hydromotoren. Verder kan in plaats van water een andere vloeistof gekozen worden voor bijvoorbeeld directe koppeling aan een hydromotor al dan niet via een 15 stabiliserend reservoir.

In figuur 2 wordt het proces beschreven om met bovengenoemde aangepaste methode zeewater te ontzilten via de bij de vakman bekende methode van omgekeerde osmose. Kermerk hierbij is dat een 20 zoutwaterstroom onder hoge druk verkregen wordt. In plaats van een tubine wordt nu een omgekeerde osmose module (14) toegepast. Met een bij de vakman bekende methode zal georgd worden dat de waterstroom door de module altijd dezelfde kant uit is. Aan het einde van de arbeidsslag als hier getekend zal zich in vat (1) ontzilt zeewater bevinden 25 en in vat (8) brine. Teneinde de volgende arbeidsslag voor te bereiden zullen drijflichamen mechanisch gefixeerd worden als schematisch weergegeven met een dikke pijl. De compartimenten kunnen nu leeggepompt worden met dien verstande dat eerst in vat (8) de brine weggepompt wordt en de ruimte gevuld wordt met zoetwater uit vat (1).

4

Het overige water uit vat (10) kan nuttig gebruikt worden, waarna vat gevuld wordt met zeewater. Hierna begint de cyclus opnieuw nadat de fïxering ontgrendeld is.

5 Behalve de omschreven energiebron uit restwarmte kan tevens in voorkomende gevallen zonne warmte dan wel laagwaardige aardwarmte gebruikt worden.

Het is de vakman duidelijk dat de technologie volgens onderhavige 10 vinding uitermate geschikt is om te worden toegepast in afgelegen gebieden, bijvoorbeeld in een woestijn. In een woestijn is de temperatuur van het aardoppervlak over dag zeer hoog ten opzichte van de temperatuur enkele meters onder het aardoppervlak. Door de warmtewisselaar met hoge temperatuur te verwarmen met zonne-energie 15 en door de warmtewisselaar met lage temperatuur enkele meters onder het aardoppervlak te plaatsen wordt met de technologie volgens onderhavige vinding een zeer efficiënte generator verkregen. 's-Nachts is de situatie omgekeerd: de emperatuur van het aardoppervlak is dan rond het vriespunt en enkele meters onder de grond is de temperatuur 20 aanzienlijk hoger. Ook in dit geval kan de technologie volgens onderhavige vinding met succes worden toegepast.

Als niet limiterende voorbeelden van (superkritische) gassen die in combinatie met onderhavige vinding kunnen worden toegepast wordt 25 genoemd: alkanen of mengsels van alkanen zoals aardgas, ethaan, propaan, butaan, alkoxyalkanen waaronder dimethylether, ethoxyethaan of mengsels van alkoxyalkanen, alcoholen waaronder methanol en ethanol of mengsels van alcoholen, ammoniak, sterke zuren waaronder zoutzuur, zwavelzuur, zwakke zuren waaronder koolzuur (H2C03) en 5 mierezmir (HCOOH) of mengsels van een of meerdere van de in de opsomming genoemde stoffen of groepen van stoffen.

Tot slot wordt opgemerkt dat de technologie volgens onderhavige vinding uitermate geschikt is om de energie-effïciency te verhogen van 5 zoutfabrieken en chloorfabrieken en afvalverbrandingsinstallaties voor huisvuil en warmte-krachtcentrales waaronder kolencentrales en kernenergiecentrales.

10 15 20 25 1037581

Claims (7)

1. Inrichting voor energiewinning uit laagwaardige warmte gekenmerkt door 5. een eerste drukvat met daarin • tenminste een eerste warmtewisselaar en • tenminste een eerste (superkritisch) gas en • tenminste een eerste vloeistof(mengsel) en • tenminste een eerste zuiger met het kenmerk dat 10. deze zuiger het eerste gas(mengsel) en het eerste vloeistof(mengsel) van elkaar gescheiden houdt en waarbij de eerste zuiger onder invloed van drukverschillen langs de as van het drukvat beweegbaar is • een turbine die werkzaam verbonden is met het eerste 15 vloeistof(mengsel) in het eerste drukvat en tevens werkzaam verbonden is met tenminste een tweede drukvat waarbij dit tweede drukvat • tenminste een tweede warmtewisselaar bevat en • tenminste een tweede (superkritisch) gas en 20. tenminste een tweede vloeistof(mengsel) en • tenminste een tweede zuiger met het kenmerk dat deze zuiger het tweede gas(mengsel) en het tweede vloeistof(mengsel) Van elkaar gescheiden houdt en waarbij de tweede zuiger onder invloed van drukverschillen langs de 25 as van het tweede drukvat beweegbaar is

2. Inrichting volgens conclusie 1 waarbij tenminste een warmtewisselaar wordt verwarmd met zonne-energie.

3. Inrichting volgens ^onclusie 1 waarbij tenminste een warmtewisselaar wordt verwarmd met aardwarmte. 1037581

4. Inrichting volgens conclusie 1 waarbij tenminste een warmtewisselaar wordt verwarmd met een vloeistof of dampstroom die een temperatuur heeft lager dan tachtig graden Celsius.

5. Inrichting volgens conclusie 4 waarbij de vloeistof of dampstroom 5 met een temperatuur lager dan tachtig graden Celsius afkomstig is uit een zoutfabriek en / of een warmte-kracht centrale en / of een kernenergiecentrale en / of een kolencentrale en / of een afvalverbrandingsinstallatie voor huisvuil.

6. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies waarbij het 10 toegepaste superkritisch gas(mengsel) in tenminste een drukvat bestaat uit kooldioxide en / of een alkoxyalkaan en / of een alkaan en / of een sterk zuur en / of ammoniak en / of een zwak zuur waaronder koolzuur en / of mierezuur.

7. Werkwijze voor het opwekken van elektrische energie met een 15 inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 6 met het kenmerk dat de tenminste een eerste warmtewisselaar die zich in een eerste drukvat bevindt en tenminste een tweede warmtewisselaar die zich in een tweede drukvat bevindt alternerend verwarmen en koelen zodat de turbine die werkzaam 20 verbonden is met het eerste en het tweede drukvat wordt aangedreven door vloeistof die alternerend van het eerste drukvat naar het tweede drukvat en van het tweede drukvat naar het eerste drukvat stroomt. 1037581