NL1040054C2

NL1040054C2 - EXTRACTION OF FRESH WATER FROM SALT (SEA) WATER USING GYROTRONS EQUIPPED WITH SUPER-CONDUCTIVE MAGNETS OPERATING IN THE PERSISTENT POSITIONS OF SUPER-CONDUCTION, WHICH EXIT SPECIFIC ELECTROMAGNETIC WAVES, WITH WHICH WATERMOLECULES OPTIMALLY RESONVE AND EXAMPLE.

Info

Publication number: NL1040054C2
Application number: NL1040054A
Authority: NL
Inventors: Gerhardus Johannes Jozef Beukeveld; John Steenbergen
Original assignee: Gerhardus Johannes Jozef Beukeveld; Brockhus Robertus Maria; Muller Beukeveld Margaretha Jozephina Maria; John Steenbergen
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2014-08-18

Description

Winnen van zoet water uit zout (zee)water met behulp van gyrotrons voorzien van supergeleidende magneten opererend in de persisterende standen van supergeleiding, die specifieke elektromagnetische golven uitstralen, waarmee watermoleculen optimaal resoneren en uiteindelijk verdampen.Extracting fresh water from salt (sea) water with the help of gyrotrons equipped with superconducting magnets operating in the persistent modes of superconductivity, which emit specific electromagnetic waves, with which water molecules optimally resonate and ultimately evaporate.

Een nieuwe werkwijze wordt beschreven voor het winnen van schoon/zoet water uit zout/brak (zee)water via het proces van verdampen van water met behulp van gyrotrons, die zijn voorzien van zeer diep gekoelde supergeleidende magneten werkend in de persisterende stand van supergeleiding en die via hun magnetische veldsterkten zijn afgestemd op voor water resonerende frequenties in het elektromagnetisch frequentiegebied van 1 GHz tot enkele THz.A new method is described for extracting clean / fresh water from salt / brackish (sea) water via the process of evaporating water using gyrotrons, which are provided with very deeply cooled superconducting magnets operating in the persistent state of superconductivity and which are tuned via their magnetic field strengths to water resonant frequencies in the electromagnetic frequency range from 1 GHz to a few THz.

Over de gehele wereld zijn zeer veel plaatsen aan te wijzen waar een groot te kort is aan schoon drinkwater en/of water, dat voor bevloeiing kan worden aangewend, terwijl meer als twee derde van ons aardoppervlak uit zout water bestaat. Wanneer een klein deel van dit zoute water op een rendabele wijze in zoet water kan worden omgezet, zou een groot deel van het huidige zoetwatertekort kunnen worden opgelost. De onderhavige vinding voorziet in zo’n methode.All over the world there are very many places where clean drinking water and / or water is far too short to be used for irrigation, while more than two-thirds of our earth's surface consists of salt water. If a small part of this salt water can be profitably converted into fresh water, a large part of the current fresh water shortage could be solved. The present invention provides such a method.

Voor het op grote schaal ontzouten van zeewater is een groot aantal methoden bedacht, die veelal opgebouwd zijn uit meerdere soorten zeer grote installaties, die veel energie kosten. Een van deze methoden bestaat uit het verdampen van zout/brak (zee)water, waarbij het doel is het meeste van de toegevoegde verdampingsenergie uit de waterdamp en het gevormde zoete water terug te kunnen winnen om deze werkwijze rendabel en concurrerend met andere werkwijzen te kunnen maken. Voor het terugwinnen van deze energie maakt men gebruik van goede warmtewisselaars.A large number of methods have been devised for the large-scale desalination of seawater, which are usually made up of several types of very large installations, which cost a lot of energy. One of these methods consists of evaporating salt / brackish (sea) water, the aim being to be able to recover most of the added evaporation energy from the water vapor and the fresh water formed in order to be able to profitably and competitively with other methods. to make. Good heat exchangers are used to recover this energy.

Met goede warmtebronnen zoals zon- en windenergie zouden hoge efficiënties tegen lage kosten te behalen zijn. De praktijk wijst anders uit. Het verdampen van water kost veel energie, die voornamelijk moet worden teruggewonnen willen deze werkwijzen rendabel en concurrerend zijn t.o.v. andere werkwijzen, zoals het zuiveren van water via ionenwisseling, keramische membraanfiltering, dialyse en osmose. Het terugwinnen van de meeste verdampingsenergie geldt minder stringent voor de onderhavige werkwijze omdat gyrotrons met supergeleidende magneten opererend in de persisterende supergeleidende stand weinig extra energie kosten.With good heat sources such as solar and wind energy, high efficiencies could be achieved at low costs. Practice shows otherwise. The evaporation of water takes a lot of energy, which must be recovered primarily if these processes are to be cost-effective and competitive with respect to other processes, such as purifying water via ion exchange, ceramic membrane filtering, dialysis and osmosis. The recovery of most evaporation energy is less stringent for the present method because gyrotrons with superconducting magnets operating in the persistent superconducting state require little extra energy.

Een snelle werkwijze om water te verdampen is met behulp van magnetrons, waarbij thans microgolffrequenties tussen de 0,9 en 22 GHz worden toegepast. Bij deze microgolffrequenties absorbeert water niet veel van de ingebrachte elektromagnetische energie en daardoor is het rendement van deze verdampingstechniek niet groot. Met gyrotrons als elektromagnetische energiebron is dat geheel anders. In het elektromagnetisch golvengebied van 1 GHz tot enkele THz zijn specifieke golffrequenties aanwezig waarmee de watermoleculen zeer goed resoneren en hiermee de ingebrachte elektromagnetische energie oiptimaal absorberen en omzetten in warmte. Met deze resonantiewarmte worden de watermoleculen vervolgens verdampt.A rapid method of evaporating water is with the aid of microwave ovens, where microwave frequencies between 0.9 and 22 GHz are currently being used. At these microwave frequencies, water does not absorb much of the electromagnetic energy introduced, and therefore the efficiency of this evaporation technique is not great. With gyrotrons as an electromagnetic energy source that is completely different. In the electromagnetic wave range from 1 GHz to a few THz, specific wave frequencies are present with which the water molecules resonate very well and thus absorb the electromagnetic energy input and convert it into heat. The water molecules are then evaporated with this heat of resonance.

In de onderhavige werkwijze worden de watermoleculen met de gyrotrons zodanig verhit tot deze zich in de gasfase bevinden met een richtingstemperatuur vlak boven de verdampingstemperatuur. Daarna worden deze watermoleculen in de gasfase afgevangen, afgekoeld tot vloeibaar water en in een depot opgevangen. Het afkoelen van water in de gas- en vloeistoffase gebeurt met behulp van warmtewisselaars.In the present method, the water molecules with the gyrotrons are heated so that they are in the gas phase with a direction temperature just above the evaporation temperature. These water molecules are then captured in the gas phase, cooled to liquid water and collected in a depot. Water is cooled in the gas and liquid phase using heat exchangers.

Water heeft als voorbeeld bij de frequentie rond de 180 GHz een grote resonerende microgolffrequentie conform een reeks andere frequenties waarmee de wateratomen tussen de 1 GHz en enkele THz resoneren. Deze via resonantie ingebrachte elektromagnetische energie wordt hoofdzakelijk voor interne verwarming van de watermoleculen aangewend.As an example, water has a large resonant microwave frequency at the frequency around 180 GHz in accordance with a series of other frequencies with which the water atoms between 1 GHz and a few THz resonate. This electromagnetic energy introduced via resonance is mainly used for internal heating of the water molecules.

In het elektromagnetisch frequentiegebied vanaf 1 GHz tot enkele THz zijn, zoals gemeld, een paar elektromagnetische frequenties aan te wijzen, die de onderlinge watermoleculen flink met elkaar laten resoneren, resulterend in lokale energie ophopingen, eventueel leidend tot de faseovergang van vloeibaar naar gas. Hierbij geldt, dat het via resonantie geabsorbeerd vermogen kwadratisch afhankelijk is van de toegepaste resonantiefrequentie. Dat houdt in dat met het toepassen van hogere voor water resonerende frequenties meer vermogen door water wordt opgenomen en het verdampen sneller gaat. Deze met water resonerende microgolffrequenties vanaf 1 GHz tot enkele THz door gyrotrons opgewekt worden verondersteld tot de vinding te behoren.In the electromagnetic frequency range from 1 GHz to a few THz, as mentioned, a pair of electromagnetic frequencies can be designated, which cause the water molecules to resonate considerably with each other, resulting in local energy accumulations, possibly leading to the phase transition from liquid to gas. Here, it holds that the power absorbed via resonance is quadratic dependent on the resonance frequency used. This means that with the application of higher frequencies that are resonant with water, more power is absorbed by water and evaporation is faster. These water resonant microwave frequencies from 1 GHz to a few THz generated by gyrotrons are thought to belong to the invention.

Het vermogen van de gyrotron is afhankelijk van de (gebundelde) elektronendichtheid en de sterkte van het magnetisch veld. De uitgezonden elektromagnetische frequenties zijn afhankelijk van de sterkte van het aanwezig magnetisch veld.The power of the gyrotron depends on the (bundled) electron density and the strength of the magnetic field. The emitted electromagnetic frequencies depend on the strength of the magnetic field present.

Voor het aanwenden van de voor water sterk resonerende en absorberende elektromagnetische frequenties rond bijv. de 180 GHz en eventueel de vele andere sterk absorberende frequenties van 1 GHz tot enkele THz heeft men gyrotrons nodig met een continue en vrij stabiele magnetische velden met veldsterkten vanaf 2 Tesla. Zulke enorm hoge en uiterst stabiele magnetische velden zijn thans alleen te bereiken met zeer diep gekoelde supergeleidende magneten.For the use of the water strongly resonating and absorbing electromagnetic frequencies around, for example, the 180 GHz and possibly the many other highly absorbing frequencies from 1 GHz to a few THz, gyrotrons with a continuous and fairly stable magnetic fields with field strengths from 2 Tesla are required. . Such extremely high and extremely stable magnetic fields can now only be achieved with very deeply cooled superconducting magnets.

Een nadeel van deze supergeleidende magneten is dat sommige koelsystemen vloeibare helium nodig hebben om de magneten af te koelen en om deze gekoeld te houden. Ook zijn koelsystemen bekend die geen helium als koelmiddel gebruiken en door magnetisme en elektromagnetisme impulsen de supermagneten af koelen tot zij super geleiden. Supergeleidende magneten verwerkt in gyrotrons die met helium en met andere systemen dan met vloeibaar helium tot hun supergeleiding worden gekoeld vallen onder de huidige werkwijze.A disadvantage of these superconducting magnets is that some cooling systems need liquid helium to cool and keep the magnets cool. Cooling systems are also known which do not use helium as a coolant and cool the super magnets through magnetism and electromagnetism impulses until they conduct superconductively. Superconducting magnets processed in gyrotrons that are cooled to their superconductivity with helium and with systems other than liquid helium are covered by the current method.

Het grote voordeel van deze supergeleidende magneten is, dat als zij zich in de supergeleidende toestand bevinden, zij geen externe stroom meer nodig hebben om het magnetisch veld voor de gyrotrons in stand te houden. De enige stroom die de gyrotrons in deze persisterende supergeleidende magnetische stand nodig hebben, is voor het elektrische veld tussen de anoden en kathode(n), het regel- en bewaaksysteem voor de koeling en het koelen van de supergeleidende magneten.The great advantage of these superconducting magnets is that when they are in the superconducting state, they no longer need external current to maintain the magnetic field for the gyrotrons. The only current that the gyrotrons need in this persistent superconducting magnetic position is for the electric field between the anodes and cathode (s), the control and monitoring system for cooling and cooling the superconducting magnets.

De gyrotrons in persisterende supergeleidende magnetische opstellingen werkend zien er verder uit als normale gyrotrons.The gyrotrons in persistent superconducting magnetic arrangements operating further look like normal gyrotrons.

Onder een gyrotron verstaat men elk type gyrotron zoals bijv. de gyro-monotron, gyro-klystron, gyro-TWT, gyro-twystron, gyro-BWO en andere nog te ontwikkelen subtypes van gyrotrons afgeleid.A gyrotron is understood to mean any type of gyrotron such as, for example, the gyro-monotron, gyro-klystron, gyro-TWT, gyro-twystron, gyro-BWO and other yet to be developed subtypes of gyrotrons.

De kathoden, die in gyrotrons worden gebruikt lijken veel op die in normale magnetrons worden toegepast, doch ook veld emissie oppervlakten kathoden (field emission arays), veld emissie koude trioden en dioden (field emission cold triodes and diodes), magnetische “kanon” dioden (magnetic gun diodes) en kathoden die bijvoorbeeld met pulsen vanuit “solid state drivers”, solid state Tesla spoelen, duale resonantie solid state Tesla spoelen en bijv. via genestelde hoge voltage generatoren voor elektronen- en ionenstralen worden aangestuurd kunnen onderdeel van de gebruikte gyrotrons zijn. Deze veelzijdige soorten kathoden in gyrotrons toegepast kunnen via allerlei impulssystemen worden gestimuleerd tot het afgeven van elektronen. Allerlei soorten impulssystemen en configuraties in gyrotrons ingebouwd die de kathoden en anoden via dioden en trioden stimuleren tot de afgifte van het liefst gebundelde pakketjes elektronen vallen onder de huidige werkwijze.The cathodes used in gyrotrons are very similar to those used in normal microwaves, but also field emission surfaces cathodes (field emission arays), field emission cold triodes and diodes, magnetic "cannon" diodes (magnetic gun diodes) and cathodes that are controlled with pulses from solid state drivers, solid state Tesla coils, dual resonance solid state Tesla coils and eg via nested high voltage generators for electron and ion beams can be part of the used gyrotrons to be. These versatile types of cathodes used in gyrotrons can be stimulated to release electrons via all kinds of pulse systems. All kinds of impulse systems and configurations built into gyrotrons that stimulate the cathodes and anodes via diodes and triodes to release the most preferably bundled packets of electrons fall under the current method.

Lasers die de kathoden in de gyrotrons stimuleren precieze elektronenbundels af te geven en lasers die de vrijgemaakte elektronenbundels exact naar het magnetisch veld geleiden behoren ook tot de huidige vinding.Lasers that stimulate the cathodes in the gyrotrons to deliver precise electron beams and lasers that precisely guide the released electron beams to the magnetic field are also part of the present invention.

De “cavity’s" van de gyrotrons kunnen speciale holtes, uitstulpingen, ribbels, richels, hoeken, bochten, wigglers, undulatoren, magneten, ringen en andere zaken van allerlei soorten metalen en legeringen bevatten, die de magnetische en elektromagnetische velden in de gyrotrons beïnvloeden met als doel meer elektromagnetische golflengten uit de roterende elektronenbundels op te werken. Al deze variaties in of aan de “cavity’s" aangebracht met als doel meer elektromagnetisch vermogen op te wekken behoren tot de huidige werkwijze.The cavities of the gyrotrons can contain special cavities, bulges, ridges, ridges, angles, bends, wigglers, undulators, magnets, rings and other things of all kinds of metals and alloys, which influence the magnetic and electromagnetic fields in the gyrotrons with the aim is to work up more electromagnetic wavelengths from the rotating electron beams. All these variations in or on the cavities made for the purpose of generating more electromagnetic power belong to the present method.

De gehele gyrotron opstelling wordt zo geconstrueerd en eventueel in water gesitueerd, dat een zo groot mogelijk aantal watermoleculen in een bepaalde waterkolom met de uitgestraalde elektromagnetische frequenties in resonantie wordt gebracht met als doel deze watermoleculen te verhitten tot zij zich vanuit de waterfase in de gasfase gaan begeven. Deze faseovergang is afhankelijk van de temperatuur en druk van de werkomgeving en hier wordt bij de applicaties rekening mee gehouden. De gyrotrons in water gesitueerd moeten daarvoor waterdicht worden gemaakt en indien nodig via water worden gekoeld. De groottes, lengten en diameters van deze te verdampen waterkolommen zijn afhankelijk van de elektromagnetische energie die de gyrotrons kunnen leveren.The entire gyrotron set-up is constructed and possibly situated in water in such a way that as many water molecules as possible in a given water column are brought into resonance with the radiated electromagnetic frequencies with the aim of heating these water molecules until they enter the gas phase from the water phase to fail. This phase transition depends on the temperature and pressure of the working environment and this is taken into account in the applications. The gyrotrons situated in water must therefore be made watertight and, if necessary, cooled via water. The sizes, lengths and diameters of these water columns to be vaporized depend on the electromagnetic energy that the gyrotrons can deliver.

Elektromagnetische golven met frequenties gelegen tussen de 1 GHz en enkele THz kunnen via (metalen) geleiders vanuit de gyrotron naar het water worden geleid alwaar zij deze moleculen in resonantie brengen. Hierbij kan de gyrotron met zijn supergeleidende magneten op het droge op afstand van het water worden geplaatst. Voorzieningen die de elektromagnetische golven met de frequenties van 1 GHz tot enkele THz vanaf de gyrotron naar het te verdampen water geleiden, zoals bijvoorbeeld metalen geleidingen, behoren tot de vinding.Electromagnetic waves with frequencies between 1 GHz and a few THz can be conducted from the gyrotron to the water via (metal) conductors where they bring these molecules into resonance. The gyrotron with its superconducting magnets can hereby be placed on the dry surface away from the water. Arrangements that guide the electromagnetic waves with the frequencies from 1 GHz to a few THz from the gyrotron to the water to be evaporated, such as for example metal conductors, belong to the invention.

Met alle genoemde en de nog te bedenken verbeteringen in en aan de gyrotrons aangebracht die zijn voorzien van supergeleidende magneten opererend in de persisterende stand wordt getracht zout/brak (zee)water snel en efficiënt te kunnen verdampen om vervolgens met het schone zoete water mondiale watertekorten op te kunnen lossen.With all the aforementioned and still to be conceived improvements in and to the gyrotrons fitted with superconducting magnets operating in the persistent position, an attempt is made to be able to quickly and efficiently evaporate salt / brackish (sea) water and then to clean up global water shortages with clean fresh water. to resolve.

Claims

Conclusion 1. Method for recovering fresh / clean water via the process of evaporating salt / brackish (sea) water with the help of gyrotrons, which are standard equipped with magnets operating in the persistent superconductivity phase with exactly those set magnetic field strengths, with which specifically generated electromagnetic frequencies, varying between 1 GHz and a few THz, make the water molecules resonate extremely optimally with the aim of heating these water molecules from the liquid phase to the gas phase. Conclusion

2. The gyrotrons described in claim 1 are normal gyrotrons sometimes provided with all kinds of applications around the cathode (s), anodes, cavities, control and cooling systems, which benefit the final method as described in claim 1. Conclusion

3. The electromagnetic resonance energies introduced via the gyrotrons according to the methods of claims 1 and 2 are recovered as much as possible using a variety of techniques.