NL1043535B1 - De vacuümverdamper. - Google Patents
De vacuümverdamper. Download PDFInfo
- Publication number
- NL1043535B1 NL1043535B1 NL1043535A NL1043535A NL1043535B1 NL 1043535 B1 NL1043535 B1 NL 1043535B1 NL 1043535 A NL1043535 A NL 1043535A NL 1043535 A NL1043535 A NL 1043535A NL 1043535 B1 NL1043535 B1 NL 1043535B1
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- heat
- evaporation
- water
- vacuum
- temperature
- Prior art date
Links
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 289
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 264
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 254
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 77
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 74
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 59
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 59
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 46
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 32
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 27
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 79
- 239000003570 air Substances 0.000 claims description 63
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 claims description 46
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 33
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 28
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 16
- 239000006199 nebulizer Substances 0.000 claims description 13
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 claims description 10
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 7
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 7
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 claims description 5
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 claims description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 4
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 4
- 238000007792 addition Methods 0.000 claims description 3
- 239000007798 antifreeze agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 3
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 3
- 238000007788 roughening Methods 0.000 claims description 3
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 3
- 230000002528 anti-freeze Effects 0.000 claims description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000008236 heating water Substances 0.000 claims description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 230000002028 premature Effects 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims description 2
- 239000008399 tap water Substances 0.000 claims description 2
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 claims description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims description 2
- 239000002609 medium Substances 0.000 claims 5
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 claims 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims 4
- 206010011224 Cough Diseases 0.000 claims 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims 2
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 claims 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 claims 1
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 claims 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims 1
- 244000309464 bull Species 0.000 claims 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 claims 1
- 235000011950 custard Nutrition 0.000 claims 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 claims 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 claims 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 claims 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims 1
- 239000006163 transport media Substances 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 abstract 1
- 230000003760 hair shine Effects 0.000 abstract 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 2
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 210000000416 exudates and transudate Anatomy 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001846 repelling effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
- F01K3/12—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having two or more accumulators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
- F01K3/14—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having both steam accumulator and heater, e.g. superheating accumulator
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
- F01K3/18—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
- F01K3/186—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters using electric heat
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
- F03G7/10—Alleged perpetua mobilia
- F03G7/119—Alleged perpetua mobilia amplifying power, torque or energy
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
- F03G7/10—Alleged perpetua mobilia
- F03G7/122—Alleged perpetua mobilia of closed energy loops
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
- F03G7/10—Alleged perpetua mobilia
- F03G7/129—Thermodynamic processes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
- F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
- F22B1/028—Steam generation using heat accumulators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
- F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
- F22B1/16—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being hot liquid or hot vapour, e.g. waste liquid, waste vapour
- F22B1/165—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being hot liquid or hot vapour, e.g. waste liquid, waste vapour using heat pipes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
- F22B1/28—Methods of steam generation characterised by form of heating method in boilers heated electrically
- F22B1/287—Methods of steam generation characterised by form of heating method in boilers heated electrically with water in sprays or in films
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B27/00—Instantaneous or flash steam boilers
- F22B27/16—Instantaneous or flash steam boilers involving spray nozzles for sprinkling or injecting water particles on to or into hot heat-exchange elements, e.g. into tubes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
- Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
Abstract
Dit waterreactor octrooi gaat over het opwekken van elektriciteit. Momenteel wordt de benodigde energie nodig voor de opwekking van elektriciteit, verwarming van huizen, industrieën en overige 1nstalfat1es veelal opgewekt door het gebruik van fossîeie brandstoffen en natuurliJke bronnen als wind- en zonne-energie en kernenergie. Aan de genoemde methodes kleven nadelen met betrekking tot vervuiling, uitputting van de aarde, gevaren voor de omgeving en tiorfzonvervufling. Er is afles over wegende behoefte aan een nieuwe energiebron zonder de genoemde nadelen. De essentiële vraag bij het ontwerp van een installatie die de huidige energiebronnen kan vervangen 1s waar een alternatieve bron gevonden kan worden die indifferent 1s voor de natuurlijke kffmato logische omstandigheden en daarnaast zowel onschadelijk, onuitputtelijk als onbeperkt winbaar is. De oplossing is een werkwijze die gebruik maakt van natuurlijke processen die endotherm zijn. Het verdampen van water is een dergelijk proces. Tijdens het verdampen van water wordt energie, in de vorm van verdampingswarmte, onttrokken aan de omgeving. Als daarna het condenseringsproces plaatsvindt komt deze verdampingswarmte beschikbaar als condensatiewarmte. Met behulp van de hier beschreven werkwijze kan deze condensatiewarmte gebruikt worden als energiebron aangezîen het verdampen en condenseren van één liter water 0,61 KW energie in warmte oplevert. Het proces van verdampen en condenseren vindt plaats in een reactor die dit fysische proces afsluit van de buitenlucht waardoor er geen verlies is van het water dat gebruikt wordt. Hierdoor kan dit endotherme proces met steeds dezelfde water in een eindeloze cyclus worden herhaald omdat het onmogelijk is om het verdampingsmechanisme "op te gebruiken". Dit is er gewoon altijd, steeds weer. Net zo hardnekkig als de zon die steeds weer opkomt en die ook steeds weer inzetbaar is, als ze schijnt. De benutte verdampings- en condensatie warmte komt naar iedere condensatiecyclus weer beschikbaar. Door de werkwijze van de waterreactor is het mogelijk geworden water te gebruiken als brandstof die niet opraakt. Een bijkomend aspect van de waterreactor is dat aan de locatie waar een dergelijke reactor wordt geplaatst geen bijzondere eisen behoeven te worden gesteld aangezien het verdampen van water niet als gevaarlijk hoeft te worden gezien.
Description
De vacuümverdamper, {1} Algemene beschrijving, Dit octrogi gaat over een werkwijze om zowel! warmte als koude op te wekken zonder gebruik te maken van grondstoffen als gas, olie en kolen of natuurlijke bronnen zoals wind of zon. Met de inzet van de voorgestelde werkwijze kan vervolgens, onder andere, sen huis of andersoortig gehouw worden voorzien van de gewenste verwarming dan wel airconditioning. Een bran die geen delfstoffen behoeft, indifferent is voor de natuurlijke klimatologische omstandigheden en daarnaast zowel onschadelijk, onuitputtelijk als wel onbeperkt winbaar is.
De zssentiële vraag is waar een alternatieve bron gevonden kan worden die indifferent is voor de natuurlijke kijmatologische omstandigheden en daarnaast zowel onschadelijk, onuitput- telijk als onbeperkt winbaar is. Het antwoord is een werkwijze die gebruik maakt van natuurlijke processen die endotherm zoals ze optreden bij het verdampen van vloeistoffen en gassen, Met name het verdampen van water is een aantrekkelijk endotherm proces, gezien de uitzonderlijke hoeveelheid verdampingswarmte die nodig is om te kunnen verdampen terwijl de gelijke hoeveelheid warmte weer terug winbaar is als condensaliewarmte.
Verdamping is zen opperviakteproces. De watermoleculen aan de oppervlakte verdampen en onttrekken de daarvoor benodigde verdampingswarmte aan de onderliggende watermole- culen. Deze onttrekken op hun beun weer de warmte uit de daar onderliggende massa. Deze massa is in het hier beschreven proces een waterreservoir dat daardoor afkoelt.
Zolang echter het in dit reservoir aanwezige water niet zover afkoelt dat het bevriest blijft het verdampingswarmte afstaan aan het verdampingsproces, Wil het verdampingsproces in stand blijven en zodoende ook het condenseringsproces, is het noodzakelijk dat de onttrokken warmte weer in voldoende mate wordt toegevoegd. De mogelijkheid om constant verbruikte warmte toe te voegen vanuit de buitenlucht is de kern van de vacuümverdamper.
Het principe van de werking daarvan is als volgt. Het water in het waterreservoir geeft verdampingswarmie af tot het water daarin een teroperatuur heeft van {bijvoorbeeld) 5 graden Celsius, De buitenlucht Is echter doorgaans 12 graden. Het is derhalve mogelijk om het afgekoelde waterreservoir weer van warmte te voorzien door de warmte aan de buitenlucht te onttrekken en toe te voegen aan het waterreservoir. De winning van de warmte uit de buitenlucht teneinde de verbruikte verdampingswarmie te recupereren wordt mogelijk gemaakt in de warmie-unit, De in dit octrooi beschreven vacuümreactor is een installatie de warmtecyclus, bestaande uit het verdampings- en condenseringsproces, op een beheersbare wijze mogelijk maakt. Hierbij is de belangrijkste technische vernieuwing dat de daarvoor benodigde verdampingswarmie uit de omgevingslucht wordt gewonnen met behulp van een warmte-unit. Deze unit ís de verbinding tussen de gesloten vaculimreactor en de buitenlucht, De vacuûnweaector zelf is te 30 beschouwen als een gesloten thermodynamisch systeem waarin massa is geconserveerd binnen de grenzen van het systeem, maar energie ongestoord kan toetreden of verlaten. De energie die kan toetreden is de warmte die gewonnen wordt uit de buitenlucht terwijl de energie die het systeem verlaat de condensatiewarmie is.
45 Daardoor is de vacuümverdamper te beschouwen als een warmtemachine waarin de warmte die aanwezig is in de buitenlucht samengebald wordt in de condensatiewarmte, Door deze werkwijze wordt daarmee de calorische waarde van het aardgas vervangt door samengebalde kichtwarmte, De vacuümverdamper maakt met de beschreven werkwijze geen warmte. De gewonnen warmte wordt verplaatst van de buitenlucht naar de condensor die de condensatie- 50 warmte opvangt en concentreert in het warmtevat.
1
Zie tekening 1 voor een schematisch overzicht van de installatie, {2} De achtergrond van het ootrogd. Ee vacuintreacar is gebaseend op de volgende overwegingen: & - Water heeft voorkeur voor en streef near de gasvormige fase.
- Hal water mag niet bevroren zijn omdat de moleculen dan geen wamte uitwisselen, - Als de omgeving niet genoeg warmte leven, kan de warmte uit het systeem zelf komen in de vorm van een temperstuurverlaging.
- Er kan externe warmte worden toegevoerd om verdamping mogelijk te maken.
- Berk op dat gr een verschil ís in temperatuur en warmte. Temperatuur ís een uitdrukking in graden Celsius of Kelvin, warmie wordt gemeten in KL.
- Water heeft daarbij per liter water ca. 2256 Ki verdampingswarmie nodig om te kun- nen verdampen, Deze warmte moet beschikbaar zijn dan wel worden aangeboden.
- De temperatuur van het te verdampen water is niet relevant, zolang bet water wel nog vigeibiaar is, waarbij wordt opgemerkt dat bij een hogere temperatuur de verdamping wel sneller gaat.
~ De relatieve vochtigheid moet zo laag zijn dat er nog waterdamp {gegeven de temperatuur on de druk) kan worden opgenomen, - De opgenomen verdampingswarmie is latente warmte, het water zelf houdt bij het condenseren de oorspronkelijke verdampingstemperatuur, - Tijdens hel condenseren van de waterdamp wordt de verdampingswarmte overgedragen aan het warmtevat, als voelbare condensstiewarmte.
- De hoeveelheid condensatiewarmte is gelijk is aan de verdampingswarmtie, «Het verdampte water heeft na de condensering tot vloeibaar water nog steeds de oorspronkelijke verdampingstemperaiuur.
- Na de doorlopen van de verdampings- en condenserings cyclus is het water weer inzetbaar voor een volgende cychis aangezien er geen chemische of fysische verandering is en de verdampingstemperstuur gehandhaafd blijft, - Water verdampt aan de oppervlakte, Daar verzamelen de bovenliggende moleculen 39 de benodigde verdanpingswarmte. Deze zijn gemiddeld van gelijke temperatuur, Als er moleculen kunnen ontsnappen als waterdamp, daalt de aanwezige hoeveelheid warmte, Ue overgebleven moleculen hebben nu weer een gelijke gemiddelde temperatuur die wel lager is aangezien er warmte ull is opgenomen, De verdamping gaat nu langzamer en de nog zanwezige moleculen nemen warmte over van het onderliggende verdampingsopperviak, dat ook weer kouder wordt. Dat gaat door tot er geen water meer Is om te verdampen of tot alle warmte is onttrokken.
- Water verdampt op een oppervlak dat kouder is dan het te verdampen water zelf. Er is een warmtetransfer van koud naar warm hetgeen alleen mogelijk is door het verdampingsmechanisme.
40 - Behalve de gebruikelijke warmeoverdrachtsmechanismen, geleiding, convectie en strafing is er nog sen vierde, minder bekende methode, verdamping. Bij verdamping kan ven verdampende {viosilstof warmte onttrekken aan sen kouder oppervlak, vergelijkbaar met de koeling door transpiratie, Opgemerkt moet worden dat verdamping feitelijk het verplaatsen van een massa is, in dit geval water. De 45 verdampingstemperatae wordt lager in een vacuüm. De hoeveelheid verdampingswarmte blijft praktisch gelijk.
~ in een gesloten systeem als de vaculimreactor gaat tijdens het proces geen warmte ongecontroleerd verloren.
- In de vacuümreactor wordt een permanent vacuüm gerealiseerd en in stand 56 gehouden.
2
«De ontstane waterdamp wordt steeds weggezogen uit de vacuümverdamper en naar de condensor geleidt, Hierdoor blijft de relatieve vochtigheid voldoende laag.
- Door deze afzuiging is er ook sen permanente waterdampstroom richting condensor, - De ontstane waterdamp heeft een volume dat tot 1800 keer groter is dan het vloeibare volume van het water. De verdampingswarmie is nodig om deze uitzetting mogelijk te maken.
- De waterdamp zal in de condensor gaan condenseren en daardoor een natuurlijk vacuüm creëren. Het oorspronkelijke watervolume keert terug in de viosibare fase.
- De benodigde warmte wordt door de installatie aan de Jucht onttrokken. 1m lucht bevat per graad Kelvin circa, 0,9 KJ warmte, - De vacuünyeactor bevat geen explosieve giftige of milieuschadelijke onderdelen en kan derhalve overal geplaatst worden.
- Door de installatie en de werkwijze zijn er geen aanvullende voorzieningen nodig om cen bestaande cv ketel of warmtepomp te vervangen.
- Door de bovengenoemde natuurlijke eigenschanpen van water, met name het behoud van de oorspronkelijke verdampingstemperatuur en de eigenschap om verdampingswarmtie op te nemen, te verplaatsen en weer over te dragen, is een vacuiiminstaliatie energie efficiënter dan een compressie gedreven installatie zoals gen warmtepomp.
2 De kenmerkende vernieuwing van de vacuümreactor is dat deze de bovengenoemde aspecten kan invullen door de installatie en de werkwijze van de vacuinmrsactor.
Een relevante en kenmerkends vernieuwing die onderdeel uitmaakt van de vaculimreacior is de warmte-unit, Deze is zodanig ingericht dat de temperatuur van de warmiecoliector in de warmie-unit altijd lager is dan de temperatuur van de omgevingslucht, waardoor er een 24 warmteoverdracht kan plaats vinden van de warmere omgevingslucht naar het koudere warmtecollectorvat, Kenmerkend Is dat ds warmie-unit, en daardoor de vacuümreactor, ook bruikbaar is in omgevingen met een buitenlucht van -30 graden, hetgeen goed mogelijk is door het toevoegen van antivriesmiddelen aan het warmtecollectorval.
{3} Verdamping en beïnvloedbare factoren, Een op te lossen probleem is dat in een open omgeving verdamping onder de gestelde voorwaarden weliswaar altijd optreedt, maar dat de snelheid van deze verdamping afhankelijk is van de natuurlijke omstandigheden. Hoe kouder de omgeving is hoe meer tijd het kost voor het watermplecuul om de benodigde verdampingswarmte te verzamslen en hoe lager de relatieve vochtigheid is hoe sneller de verdamping gaat. Zoals aangegeven mag deze vloeistof niet bevroren zijn en de relatieve vochtigheid moet voldoende laag zijn. De snelheid waarmee de watermoleculen afdoende energie hebben verzameld om te kunnen verdampen, is daardoor nauwelijks te voorspellen, Om het verdampingsproces controleerbaar te maken, zoals de vaculimreactor dat doet, moet eerst duidelijk zijn onder welke specifieke 40 omstandigheden water optimaal en controleerbaar verdampt. Om dat natuurlijke proces te industrialiseren en za te versnellen zijn een aantal factoren beïnvloedbaar. ~ De wamte-inhoud van de massa waarop het water verdampt. - De temperatuw van het vloeibare water, - De grootte van het verdampingsopperviak gemeten per hoeveslheid te verdampen 45 water.
- De gasdruk in de ruimte boven het verdampende oppervlak, (Bij lagere druk kookt viosibaar water bij een lagere temperatuur).
- De relatieve vochtigheid.
- De grootte van de druppels van het te verdampen water.
50 - Als het verdampende opperviak vast is: de aard van het oppervlak.
3
- De kwalitell van de te verdampen vioeistol, met name aanwezigheid van eventuele verontreinigingen. - in dit octrooi wordt uitgewerkt op welke wijze de vaculimreactor met welke kenmerken aan de genoemde factoren tegemoet komt om de gewenste industrialisering van het verdampingsproces te realiseren. {4} Warmteoverdrachisproues uitgewerkt Natteboltentperaluurmeting.
Het basispringpe van de vacuinreacar is gebasseerd op het vermogen van het verdampingsproces om warmie te ontirekken aan een koude of koudere massa {de onderliggende vloeistofstof dan wel de onderliggende massa). Een bekend voorbeeld is de natieholtemperatuurmeting.
In tekening 2 fig. a ís gen schets met daarbij de werking van deze meting.
In de geïruikelijke verklaring staat dat het verdampende water wamne ontirekt aan het kwik, Het verdampende water komt echter niet in contact met het kwik aangezien de beide stoffen door het glas van elkaar gescheiden zijn, Het verdampende water verdampt op het iS oppervlak van het glas en haalt de verdampingswarmte uit het glas van de thermometer, Daardoor daalt de temperatuur van het glas en ontstaat er een temperatuurverschij tussen het glas en het kwik in deze thermometer.
Temperatuurverschillen streven altijd naar een everwicht, daardoor wordt er warniie onttrokken san het kwik, En als gevolg daarven daalt de gemeten temperatuur, Er is sprake van een overdrachtsmedium, het glas heeft in deze situatie een dubbele functie.
Enerzijds dient het glas aan de buitenzijde als verdampingsopperviak, anderzijds is de hinnenzijde van het glas het comactvlak met het kwik.
Het glas dient derhalve als warmiegsleldingsopperviak van de warmie van het kwik naar het glas, Warmtecascade van de vacuinrsectar. in de vaculimreactor vindt een soortgelijk proces plaats met sen warmtecascade, cen sequentiële volgorde van warmte overdrachten, [Tekening 2 fig. 6}. Verdamping van gen vloeistof vindt plaats op het oppervlak van de viceistol.
De moleculen nabij het oppervlak van de vloeistof hebben zen lage hoeveetheid intermoleculaire krachten in vergelijking met de moleculen in het midden of de onderkant van de vloeistof of een andere massa waarop de verdamping plaatsvindt.
Daarom kunnen de moleculen in het oppervlak gemakkelijk worden vrijpegeven.
De benodigde verdampingswarmis wordt onttrokken san de vloeibare laag van nog niet verdampte watermoleculen.
Een aantal walermolecuien heeft op enig moment voldoende energie verzameld en verlaat de vloeibare laag als walerdamp.
De bovenzijde van de voeibars sag koek daardoor af, Aangezien de vloeibare aag rust op sen gelsidende afscheidingsplaat koek ook deze af, analoog aan de dalende temperatuur van het glas in de mtteboltemperatuurmeting.
Deze afscheidingsplaat is hier het overdrachismedium en is wat functie betref vergelijkbaar met het glas van de natte bol.
De afscheidingsplaat heeft hier ook, net als het glas, een dubbele functes, Enerzijds is het aan de bovenzijde het verdampingsopperviak, anderzijds is het aan de onderzijde een warmtegaleidingsopperviak.
Door het warmtegsleidingsoppervlk wordt de warmte, door Gssenkomt van de 39 afscheidingsplaat, overgedragen aan het verdampingsopgpervlak Deze wermie wordt onttrokken aan hel aanwezige water.
Dat water koelt dan af tol onder de temperatuur van de omgevingslucht, De ventilator warmt dat water weer op met de warmte uit de bufeniucht, Het opwarmen van de warmte-unit met een ventilator en de omgevingslucht is gebaseerd op de Omgekeerde Hoelwet van Newton, Om het temperatuurbereik te vergroten kan aan het water 45 in de warmte-unit cen antivriesmiddel van welke aard ook worden toegevoegd, waardoor het vriespunt van het water tot ver beneden de omgevingstemperatuur van lucht kan dalen. 4
{5} Overzicht tekeningen: Tekening 2
1.1 Waterreservoir
1.2 Vacuùmverdamper PLC
1.3 Vaculimpomp
1.4 Perspomp
1.5 Vernevelaar
1.6.8 Afscheidingsplaat bovenzijde Verdampingsuppperviak
1.6. bh Afscheidingsplaat onderzijde Warmiegeleidingsopperviak 18 1.7.a Verwarmingsdraad
1.2.0 Verwarmingsdraad
1.8 Warmtecollectorvat 19 Warmtewisselaar
1.10 Ventilator
1.11 Condensor
1.12 Koelbuis
1.13 Cruulatiepomp
1.14 Warmtavat
1.15 Aansluiting Cy ketel
1.16 PLC
1.17 Omgevingshicht Inlaat
1.18 Afgekoelde hucht witlaat
1.18 Accu Tekening 2 Figuur 2.3 Nattebolempersharmeling Figuur 2.b Warmte cascade
1. Verdampt water
2. Water dal nog warmie verzamelt 3, Water dat warmte moet afstaan en kouder wordt
4. Afscheidingsplaat, het verdampingsopperviak
5. Het warmtegeleidingsoppendak
6. Het warmtecollectorvat dat kouder wordt.
7. De ventilator die warts ult de omgevingslucht sanvoea Tekening 3 Figuur 3.3 Volume vorm
Figuur 3.b Geometrische vorm Figuur 3.c Reliëf verhoging Figuur 3.d Oppervlakte verruwing Eiguur 3.e Verdampingsopperviak met verdiepingen Tekening 4 Figuur 4.8 Compacte uitvoering
1. Condensor met ingebouwde koelbuis
2. Vaculimvat 3, Warmievat
4. Aansluiting cv
5. SVernevelaar
6. Verdampingsopperviak
7. 7 Warmie-unit Figur 4.0 Ingebouwde windturbine i5 1. Condensor met ingebouwde koelbuis
2. Vacuilmvat |
3. Warmteval
4. Aansluiting cv
5. Vernevelaar 6, Verdampingsoppervlak 7, Warmte-unit
8. Wiadturbine Tekening 5 Figuur5.a. Peltier slement
1. Koude kant, verbonden met warmtecollectorvat
4. Warme kant, verbonden met warmievat Figuur 5.0. Stirling motor
1. Koude kant, verbonden met warmtecollectarvat
2. Warme kant, verbonden met warmtevat Tekening 6 Figuur §.a Omgevingswarmie met open systeem Figuurö.b Warmteval Mengen met omgevingslucht
Tekening 7 Warmte koppelen aan warmte unit
7.1 Verdampingszijde
7.2 Condensorzijde
7.3 Luchtkoeler
7.4 Perspomp
7.5 ¥Yaculmpomp
7.6 Warmte unit {8} Samenvatting werkwijze vacullnweactor. De vacuünweactor werkt als volgt. Tekening 1 in het waterreservoir 1 wordt het water verwarmt tot de gewenste verdampingslemperatuur, De temperatuur is afhankelijk van de onderdruk die in de vacuümverdamper 2 heerst, DIT vacuüm wordt! gemaak door de vaculimpomp 3. Als het vacuim en de onderdruk in evenwich zijn, wordt zr door de perspamp 4 zen vastgestelde hoeveelheid water via de vernevelaar Zin de vacuümverdamper geperst, De vernevelsar sproeit het water dan over het verdampingsopperviak 6s. Door de aanwezige onderdruk zal bet water gaan verdampen op het verdampingsopperviak. Dat het water verdampt en daarbij warme onttrekt zan esn kouder) verdampingsopperviak ijkt strijdig met de Iweede wet van de thermodynamica, Er wordt echter niet gewerkt in natuurlijke omstandigheden, omdat er een vacuüm wordt gemaakt met behulp van een vacuimpomp, maar wel overeenkomstig de Verklaring van Clausius. Deze verklaring stelt: Warmte kan nooit van esn kouder naar een warmer lichaam gaan zonder dat er tegelijkertijd zen andere daarmes samenhangende verandering optreedt, Die samenhangende verklaring is het vacuüm dat wordt gecederd waardoor er cen verdampingsomgeving ontstaat die in de natuur niet voorkomt. Een hoge verdampingstemperaiuur van het te verdampen water gecombineerd met sen relatief diep vacuüm. Om het verdampingsproces constant ls houden moet het te verdampen waler op verdempingstemperatuur worden gehouden met een bijverwarmingsdrasd 7.8. Een verwarmingsdraad mat zen vergelijkbare functie 7.5 is ook aangebracht in de verbindingsbuis tussen de vacuûnwerdamper en de condensor om te voorkomen dat de waterdamp gaal condenseren voordat deze de daadwerkelijke condensor bereikt, Gm water te len verdampen is er behalve verdampingstemperatuur ook verdam- pingswarmie nodig. Deze verlampingswarmte wordt onttrokken aan het verdampings- oppervlak, Hierdoor zal dit afkoelen en op enig moment geen verdampingswarmie meer kunnen afstaan, De benodigde verdampingswarmie komt nu uit de warmte-unit, De afscheiding tassen de vacuünwerdamper en de warmie-unit is de afscheidingsplaat. Deze plaat wordt aan de bovenzijde het verdampingsoppervlak genoemd en aan de onderzijde het warntegeleidingsopperviak, Het verdampingsopperviak Ga is via hel warmtegeleidingsopperviak 66 in contact met het 40 warmiecollectorvat 8 De warmte hieruit wordt overgedragen aan het verdampingsopperviak, Ook dit warmtecoliectorvat zal dan op enig moment geen warniie mer kunnen afdragen, omdat de daarin aanwezige vloeistof bevriest. Aangezien de buitenlucht schier per graad Celsius circa 0,9 KI warmte bevat zorgt een ventilator 1 voor de toevoer van warmte uit de buitenlucht 17, De afgekoelde omgevingslucht wordt via 18 afgevoerd. Het warmtecollectorvat 45 vormt met de warmewisselaar 3 en de ventilator 10 de wermis-unit, In principe is het zen warmtewisselaar met een groìs wateropslag. Deze waleropsiag wordt in de vaculimreactor 7 warmtecollectorvat genoemd en werkt volgens de Omgekeerde Koelwst van Newton, De warmere omgevingslucht warmt het koudere water in het warmtecollertorvat 8 op. Als het water verdampt neemt dit warmte op. Deze verdampingswarmie Is nodig om het vigeibare water voldoende warmte Ie geven om te kunnen verdampen. Tijdens het $ verdampingsproces groeit het volume ca. 1600 keer, 1 Liter water wordt 1600 dre damp. Deze waterdamp wordt door het vacuüm in de condensor 11 gezogen. Daar is sen koelhuis 12 geplaatst die ervoor zorgt dat de waterdamp gaat condenseren. Het benodigde koude water voor de koelbuis wordt uit het warmiecollectorvat 8 rondgepompt door de circudatiepomyp 13. Dat water heeft door het onttrekken van de verdampingswarmie cen lage temperatuur, Deze I9 temperatuur moet beneden het dauwpunt zijn, aangezien anders de condensatie niet kan plaatsvinden, Tijdens dit condenseren gaat de waterdamp weer over in vloeibaar water. De aanwezige verdampingswarmte, de lalente warmie, is nu overbodig en wordt afgegeven als condenseringswarmte hetgeen voelbare warmie is. Door deze afgifte stijgt de temperatuur van de condensor. Deze condensor verwarmt op zijn beurt weer het verwarmingsvat 14. Via 13 de aansluiting op de CV 15 kan dan het warme water verdeeld worden. Het gehele proces wordt gecontroleerd door sensoren en bestuurt door de PLC 16.
Tijdens dit condenseringsproces wordt het volume van de waterdamp weer kleiner. 1600 dn? wordt weer 1 liter water. Nierdoor ontstaat er gen natuurlijk vacuüm. Het weer vloeibaar geworden water heeft de oorspronkelijke temperatuur gehouden. {Er wordt rekening 20} gehouden met een verlies van 0,5 %). De vacuümpomp is een membraanpomp die tevens geschikt is om vloeistof te verplaatsen, Daarnaast dient deze vacuümpomp zodanig te zijn ontworpen dat, tijdens het verpompen van het weer vloeibaar geworden water, het vacuiim gehandhaafd DIt Het weer vloeibare water wordt in het vloeistofreservoir terug geperst en daar zo nodig weer bij verwarmt, {er compensatie van de mogelijke 0,5 % verlies, voor de volgende cyclus. Aangezien water, maar ook andere vloeistoffen, altijd verdampt mits er steeds warmte aanwezig is in de omgevingslucht zal de cyclus altijd doorgaan, op voorwaarde dat de mechanische voorzieningen de cyclus blijven ondersteunen.
Om in de warmevoorziening van een gemiddeld Nederlands huishouden te voorzien moet er per uur 5 liter water worden verdampt gedurende 24 uur met een standaard vaculimreactor, {7} Samenstelling van de vaculinweactor. Naast het Inzetten van de verdampingstechniek, om warmte te ontirekken aan koudere omgevingen en het gebruik daarbij van de beschreven warmte-unit, is ook de samenstelling van de technische componenten en de inrichting daarvan van het vaculimreactor systeem met de warmte-unit vernieuwend, De vaculimreactor als gebeel vormt een gesloten systeem waarin het mogelijk is om met gebruikmaking van de natuurlijke eigenschappen van vloeistoffen, veelal water, deze verdamping af te dwingen en vormt op deze wijze, tezamen met de warmewinning door de warmis-unit, een permanent functionerende installatie die warme en koude energiestromen levert, 49 Om de vaculinweacior optimaal te laten werken zijn de volgende vernieuwingen aangebracht met de beschreven kenmerken, Hoewel steeds gesproken wordt over het verdampen van water is het geenszins de bedoeling om uisluitend water te verdampen.
- De vacuümreactor is geschikt en bedoeld voor het verdampen van iedere vloeistof die daarvoor bruikbaar is. Water, al dan niet met toevoegingen om het verdampingsproces 45 te ondersteunen, wordt gebruikt als voorbeeld omdat water de hoogste verdampingswaarde heeft en daarom in de praktijk ook het meest zal worden gebruikt. 8
- De vacuümreactor, bestaande uit vier hoofdcomponenten, het verdampings- en condersergsdeel, de warmie-unit en de faciliterends onderdelen is sen technisch ecosysteem dat op zlkaar is afgestemd. Tekening 1.
o Het verdampings en condensatiedest van de vacuümreactos zijn in oen serieschakeling met elkaar verbonden door de verbindingsbuls.
o De warmte-unit is het deel van de installatie dat de benodigde verdampings- warme uit de ompevingsiucht wint en functioneel verbonden is met de vacuünwerdamper.
u Hel faciiterend deel bevanende de mechanische en controlerende onderdelen die de vaculinweactor aansturen met Dehulp van de verschillende controlesystemen en als zodanig met alle andere delen van de vaculimreactor functiones! verbonden is, - Het verdampen van de vloeistoffen gebeurt onder een vacuim waarvan de onderdruk instelbaar is en in overeenstemnting is met de temperatuur van de te verdampen vloeistof.
- Beide variabelen mosten minimaal met elkaar in overstenuning zijn, waarbij iedere variabele wel zodanig kan worden ingestek! dat de tolsranis van het sysisem maximaal wordt, Door de temperatuur van de te verdampen vloeistof hoger te maken dan past bij de heersende onderdruk, dan wel door de onderdruk dieper te maken dan past bij de temperatuur van het water, wordt de tolerantie van het verdampingssysteem vergraot.
- Het verhogen van de vloeistoftemperstuuw vergt geen extra operationele kosten aangezien deze temperatuur ook na verdampen en condenseren gelijk bit. Het creëren van zen dieper vaculm vergt minimaal meer energie.
- Een belangrijke eigenschap van waterdamp die condenseert is dat de oorspronkelijke verdampingstemperatan gehandhaafd Dj, In de serieschaksling van de vacuümreactor betekent dit dat het water verdampt wordt met een verdampings- temperatuur T1 en na het condenseren nog steeds zen temperatuur heeft van TL, - De oorspronkelijke verdampiwstemperstan DIR theoretisch gehandhaafd. fn de 36 praktijk blijkt dat dere verdarmpingstemperatuur tot 0,5 % kan dalen, Om dit verlies te corrigeren is een bijverwarmingssysieem nodig dat deze 0,5 % bij verwarmt als dat nodig blijk.
- {Ondanks deze mogelijke terugval in verdampingsiemperatuur bijft de efficiëntiewinst aanzienlijk, omda het verdampingsdeel van de vaculinweacior een minimale hoeveelheid elektriciteit nodig heeft om te kunnen blijven functioneren. Deze efiiëntiewins, door gebruik ie maken van deze eigenschap van verdampende vioelstoffen, is een kenmerk van de vacuûmreactor. Het hoge COP wordt daar vooreen belangrijk des! mee verklaard.
- De omwikkelde vacuümreactor is te beschouwen als sen gesloten systeem, een type 40 thermodynamisch systeens waarin massa Is geconserveerd binnen de grenzen van het systeem, maar energie ongestoord kan tusireden of verlaten, Dat betekent dat het gebruikte water in hat systeem DIJK, - Een kenmerk van de vacuüsrgactor is dat deze water gebruikt maor niet verbruikt, Een kenmerk van water is dat het steeds weer kan verdampen en daardoor onderdeel 45 kan zijn van een eindeloze cyclus, 9
- De omgevingslucht die de vacuimreacer gebruik om in de benodigde verdampings- warmte te kumen voordien wordt zowel fysisch, chemisch als biologisch niet aangetast. Aan de omgevingslocht wordt uitsluitend energie in de vorm van warmte onttrekken. Warmte die ook weer In de omgeving wordt gebruikt als verwarmings- warmie voor de centrale verwarming en het tapwater, - Devaculimreactor maakt gebruik van ven van de onderscheidende eigenschappen van water. Water verdampt altijd, bij elke temperatuur, De enige voorwaarden zijn dat het water niet bevroren is en dat de relatieve vochtigheid voldoende laag is, dit In overeenstemming met de heersende temperatuur en de luchtdruk, - Ds vaecuünweactor werkt op basis van een vacuüm waardoor de relatieve vochtigheid akijd laag Is aangezien de aanwezige waterdamp wordy afgezogen. Als het water bevroren is, is er geen verdamping mogelijk aangezien er dan geen botsende moleculen zijn dis warmte kunnen overnemen of overdragen.
- Uit het bovenstaande blijkt dat vloeibaar waler altijd verdampt ongeacht de i5 temperatuur van de omgeving {of het verdampingsopperviak) waarop dal water verdampt, Di verschijnsel werkt in de natuur altijd, - Het is tegelijkertijd zen gegeven dat dit verdampingspraces in de natuur een aanzienlijke tijd kan duren waardoor de praktische toepasbaarheid nist aanwezig is. Het verdampingsdeel van de vacuiümreacter Is dan ook niet zozeer hgerick om deze verdamping mogslijk te maken, maar om de verdampingstijd zodanig te versnellen dat dit operationeel bruikbaar wordt. De hiervoor benaligds onderstesnende technieken en inrichingen zijn: v>. Zoals sangegeven is de vacuümreactor zen gesloten systeem waarin massa is geconserveerd binnen de grenzen van het systeem, maar energie ongestoord kan tostreden of verlaten, DI vereist tegelijkertijd dat het zebels systeem zodanig geïsvleerd is, dat de onbedoelde warmielsansporfen tussen het systeem en de omgeving maximaal begrensd worden, o Behalve de gebruikelijk isolatiesystemen is er ook de volgende mogelijkheid. Aangezien er al een vacuimpomp in bedrijf is {om de benodigde onderdruk te realiseren} kan de gehele warmtecycius in een vaculimomgeving worden ondergebracht, Dat kan door deelsystemen dubbelwandig uit te voeren.
> De vaculimreacior heeft een vacuùmdichte afsluiting nodig tussen de vardampingscyclus en de omgeving waaruit de verdampgingswarmie wordt gewonnen. Deze afscheidingsplaat, het aïscheldingsmedium, heeft twee zijden met ieder een eigen functie. Een bovenzijde is het verdampingsopper- vlak 5.2, de onderzijde is hel warmtegsleidingsoppervlak 6b.
o De functie van deze afscheldingsplaat is dai deze de benodigde verdampingswarmise, die gewonnen wordt uit de omgevingslucht, vaculim- dicht kan doorgeven aan het te verdampen water, 40 o Een manier om water sneller te laten verdampen is het vergroten ven het verdampingsoppervlak, Het oppervlak kan worden vergroot door dit oppervlak in een volumavorm te maken, Een hol of veelhoekvorm heeft een groter oppervlak dan een vlakke plaat, Zie tekening 3 fig. a.
10 o Jo {of verbonden met) het verdampingoppervlak kan een oppendakte vergroting worden aangebracht door het aanbrengen van een geometrische vorm of het zanbrengen van vergrotingspdaten. Tekening 3 fig. D.
o Het oppervlak zelf kan een oppervlak reliëf krijgen waardoor het netto $ beschikbare oppervlak verveelvoudigd wordt. Tekening 3 fig. €.
& Gok op deze opperviskte vergrotende reliëfs kan het oppervlak nog verder vergroot worden door het aanbrengen van {microscopische} oppervlakte verruwinger, Tekening 3 fig. dl.
o Het verdampingsoppervisk kan ook, mits de dampdoorlatingen voldoende 19 grant zijn, met verdiepingen worden aangebracht, Tekening 3 fig. e.
o Op het verdampingsopperviak kan sen vocrziening worden getroffen om het nesrdalends water op de gewenste verdampingsiemperatuur te brengen. Waterdruppels die omlaag vallen kunnen tijdens deze daling deels warmte onttrekken aan de neerdalende druppels, Hierdoor komt de verdamping op gang, maar het neerdalende water daalt aanzienlijk In temperatuur, Om dit verlies te compenseren dient een opperviakle bijverwarming. Het bijverwarmen van 1 liter water mel 1 graad Celsius vergt 4,12 ki. De vardampingswarnie per liter bedraagt 2256 ki. De verliezen als gevolg van dit bij verwarmen zijn derhalve gering en verrekend in het COP, a Dit oppervlakte bijverwarmingssysteem kan geïmtegreerd zijn ín het vardampingsopperviak of er los op liggen. Verder isde wijze van bijverwarming niet relevant, het gaat om de toevoeging van warmte teneinde sen optimale verdampingstemperatuur te krijgen.
o De verbindingsbuis tussen de verdamper en de condensor diem Te worden voorverwarmt om te voorkomen dat de waterdamp gaal condenseren voordat deze de condensor heeft bereik.
o De afscheidingspdsat heeft zoals aansgeven twee zijden, wen verdampingsopperviak zoals hierboven aangegeven terwijl tegelijkertijd de onderzijde dient als warmtegeleilingsoppervlak van de warmte-unit naar het verdampgingsopperviak, Voor dit warmisgeleidingsopperviak gelden uitersard dezelfde voordelen ais bij het vergraten van het verdampingsopperviak, Hos grater het overdrachtsopperviak hos beter de warmisoverndracht kan plaatsvinden, Alle oppervlaktevergroungsmogelijkheden die gelden voor het verdampingsoppenlak gelden dasram ook voor het warmiegeleidings- oppervlak.
o Het verkleinen van de ta verdampen waterdruppel met een vernevelaar is een methode om de verdamping sneller te kiten verlopen, De contact mogelijkheden worden groter, en daarom ook de warmteoverdrachten, als 48 deze contactmogelijkheden tosnemen, o De verfijning kan ook worden verkregen door sen ubirasoan installatie, Met kenmerk is hierbij dat verfijning van de waterdruppel op welke aard ook de verdamping helpt.
o De verdamping kan ook worden versnelt door het gebruik van geprepareerd 45 water, gedestilleerd of gedeminersliseerd. Dit prepareren kan ook worden bereikt door gebruik te maken van toevoegingen van welke aard ook, 11 o Het versnellen van de verdampingssnelheid van water is ook mogelijk door de natuurkundige relatie tussen temperatuur en druk anders in te vuller. Cwereenkamstig de tabellen verdampt water in een vaculm van x graden bij een onderdruk van y. Het is naturlijk mogelijk om de temperatuur te verhogen en de onderdruk 2e verlagen, Hierdoor wordt de verdampingstolerantie aanzienlijk vergroot en daardoor het verdamping proces stabieler en controleerbaarder.
‚ Het verhogen van de verdampingstemperatuur kost verder, op het opstarten na, geen extra energie sangezien condenserend water steeds de verdampings- 16 temperatuur behoudt {op een gering percentage na, tot 0,5 %).
& Het verlagen van de onderdruk wordt mede ondersteund doordat het verdampende water tot 1600 keer in volume groeit, Tijdens het condenseren daalt het volume weer naar de oorspronkelijke omvang. Hierdoor ontstaat er in de condensor een natuurlijk vacuim, iS > Anders dan in Hgugr 1 Is aangegeven, kan de vacuümreactor ook in zichzelf worden geïntegreerd. Ze tekening 4 figuur a. DE levert zen compactere installatie op die minder plaatsingsruimie behoeft, o De waterdamp heeft een opmerkelijk groter volume, hierdoor ontstaat er in de vacuümverdamper sen aanzienlijke dampstroom, Gezien de te bereiken 29 fuchisnetheid is het mogelijk om In de vacuümverdamper een windturbine te plazisen die in staat is- om elektriciteit op te wekken, Tekening 4 fig. b.
„ Het vacuinmdeel van de vaculimreactor moet worden verwarmd tot de gebruikte verdampingstempersiuur om voorlijdge condensering te voorkomen. | o De toevoerbuis van het vacuimdeel naar het condenseringsdeel most worden verwarmd tot de gebruikte verdampingstempsratuur of hoger om te voorkomen dat het oondenseringsprocss elders dan in de condensor plaatsvindt, - Het condenseringsdeel werkt net als het verdampingsdeel op basis van de natuurlijke eigenschappen van waler, meer specifiek van waterdamp, Waterdamp dat in een kouder gedeelde komt, gedefinieerd als lager dan bet douwpunt, zal gaan condenseren, 0 Tijdens de condensering zal de opgenomen verdampingswarmte worden afgestaan aan de omgeving als een gelijke hoeveelheid condensatiewarmtie.
„ De bedoelde omgeving is hier de condenseringswand die in direct contact staat met het wamtevat, Hierdoor zal alle gewonnen warmte worden overgedragen aan het warmtevat. Opgemerkt moet worden dat dit warmievat zonder aanvullende voorzieningen noolt hoger in temperatuur kan worden dan de oorspronkelijke verdampingstemperatuur, 40 o Tijdens het condenseringsproces zal het verdanmie walter weer het oorsponkelijke volume aannemen, Dit verklaart de geringe benadigde capaciteit van de vacuümpamp. Deze hoeft dan alleen nog de hoeveelheid water te verplaatsen die oorspronkelijk masst worden verdampt, o De benodigde koude die aanwezig moet zijn in de condensor wordt ingebracht 45 via de koelbuis, Dit is sen gesloten koude transportsysteem dat via een circulatienomp is aangssioten op het water in de warmie-unit, Hierdooris er Dok voor het verkrijgen van de benodigde koude geen extra voorziening nodig aangezien het verdampingsproces zelf zorgt voor water dat bruikbaar is als koelwater.
„ Het is ook mogelijk om niet te kiezen voor sen koude transport vanuit de warmie-unit maar deze koude extern te betrekken, Koude omgevingslucht of een vloeistof beneden het Loepasbare dauwpunt zijn goed inzetbaar.
„ Zowel de koelhuis als de condensor kunnen in alle soorten materialen worden gemaakt mis ze voldoende warmtegsleklend zijn, 18 o Dok is het mogelijk om de oppervlakten van zowel de condensor als de koelbuis te vergroten overeenkomstig de wijze waarop het verdampingsoppervlak kan worden vergroot, „> Het wanmevat dat deel uitmaakt van de condensor, kan worden gevuld met iedere vloeistof of vaste stol die voldoende warmisopsiag kan bieden, Aangezien waler de grootste warmleopslkagcapacitet heeft, wordt deze vioeistof veelvuldig gebruikt, Het is mogelijk om de opslagcapacitef te vergroten do gebruik to maken van diverse toevoegingen, Onder andere zou en of fase chance materials zijn hiervoor sfficiénts mkidelen, o De warmte diein het warmievat beschikbaar is, kan ook doormiddel van een warmtewisselaar worden gebruikt om de omgevingslucht mee te verwarmen waarna deze warme echt kan worden gebruikt om te dienen In zen hate Iucht verwarming.
~ De warmie- unit is dat deel van de vacuûmreactor dat het mogelijk maakt om de benodigde verdampingswarmie te winnen uit de buitenlicht De warmte-unit kan dE doen doordat er een warmtegeleldingsopperviak is aangebracht tussen de vaculimverdamper en de warmie-gni, Deze koppeling is de afscheidingsplast aan de zijde van de vacuûmverdamper die verdampingsopperviak wordt genoenm! en aan de zijde van de warmte-unit het warmiegeleidingsoppewvlak. Deze afscheiding draagt de gewonnen verdampingswarmie over aan het te verdampen water, De inrichting van 38 dit overdrachtsvlak moet zodanig geleidend zijn dat de warmtestroom van de warmig- unit naar het verdampingsoppervlak optimaal is.
o De omgevingslucht wordt door een ventilator door de warmtewisselaar geblazen, Hierdoor zal de viogistof in de radiator opwarmen en de omgevingslucht afkoelen.
o De warmtewisselaar en het warnnecollecanat vormen een geheel. in principes is het cen radiator met sen vast gemonteerd opslagvat.
o Het is ook mogslijk om de warmtewisselaar zodanig uil te voeren dat de bovenzijde dient als verdompingsopperelak on de onderijkde als warmtegeleidingsopperviak.
49 o Een manier om het overdrachisviak sneller te laten verwarmen is het vergroten van het oppervlak door middel van het aanbrengen van een reliëf.
> Ook op deze oppervlakte vergrotende reliëfs kan het oppervlak nog verder vergroot worden door het aanbrengen van {microscopische} oppervlakte verruwingen.
15
0 Het aanbrengen van ribben in welke vorm ook om het overdrachtsviak te vergroten is toepasbaar.
o De vloeistof in de warmie-anit, doorgaans water maar niet uitsluitend, kan worden geprepareerd met een antvriesmiddel van welke aard ook, De 3 doelstelling van dat middel is dat het vriespunt van deze vloeistof in de warmieunt daalt tot beneden de te verwachite temperatuur van de omgevingslucht, Hierdoor is het mogelijk om ook bij zeer lage temperaturen warmte te winnen uit de buitenigcht, o De afgewerkte lucht is kouder omdat deze ven deel van de daarin zanwezige warmte heeft afgestaan san de warmie-unit. Dere, dus, koudere lucht is bruikbaar voor airco toepassingen.
o In plaals van het warmnecoliectervat ts voorzien van warmte die gewonnen wordt uit lucht, is het ook mogelijk de benodigde verdampingswarmte aan te leveren uit een andere warmtestroom, zoals bijvoorbeeld, maar niet uitsluitend, (afvalwater of procestucht.
co De ventilator met de warmiewissslaas kan buiten geplasist worden, vergslijkbaar met de warmtewisselaar van zen warmtepomp.
- De faciliterende onderdelen, bestaande uit de mechanische onderdelen van de vacuümreactor en het stuurmechanisme, dat op basis van de input van de diverse sensoren het noodzakelijke verdampingsevenwicht in stand houdt, controleert alle benddigde perpen en ventilatoren.
- Hoewel de vacuitnreactor een continu werkend systeem is, kan de verdamping intermitierend werken, Er wordt een bepaalde hoeveelheid water van de juiste temperatuur in de vacuiümverdamper ingebracht waarna de vacuümpomp de tijd krijgt vm de waterdamp te verwijderen. Door deze intermitterende werkwijze wordt er meer operationele tijd aan het systeem gegeven om te verdampen.
o De procesvoortgang van de vacullimreactor wordt aangestuurd door sensoren die op alle relevante plekken de temperatuur meten, de aanwezige druk en de relatieve vochtigheid meten. Op basis van deze gegevens kan dan een intermitterend besturingssysteem de continue verdaraping reguleren.
o Dit intermitteren gest het vernevelds water tijd om de benodigde verdampingswarmte te verzamelen, o De vacuilmpomp heeft sen tweeledige functie. Enerzijds zorgt deze ervoor dat er sen onderdruk in de warmtecyclus ontstaat, anderzijds verponys deze vacuümpomp de gecondensserde vloeistof weer terug naar het vloeistofvat. iedere andere combinatie van pompen {zowel lucht- als viosistofpompen) dan wal compressoren die deze tweeledige functie kunnen bieden, is in principe bruikbaar, De afvoer van de gevondenseerde vicelstof kan ook door een perstilinder worden gedaan.
49 o De perspomp die de te verdampen vigelsiof uit het vloeistofvat naar de vernevelaar perst, om in het vacutimdes! te kunnen verdampen, kan vervangen worden door een pneumatische cilinder aangedreven door elektra of perslucht, o De vacuümpomp kan ook dienen om de pnerspamp te vervangen mits deze 45 daaraan wordt aangepast, Hierbij dient dan de ingaande zijde voor het creëren i4 van het vacuüm en de uilgaande zijde voor het verpompen naar de vernevelaar, In deze situatie vervalt de functie van het vloelstofreservolr, Dat wordt dan vervangen door een verwarmingssysteem rondom de toevoer, o Het vloeistofreservair bevat een hoeveelheid water die toereikend is voor een aantal verdampingscycll. DR rcservolr is voorzien van sen verwarmingssysteem om de te verdampen vlosistot voor het verdampen op de juiste verdampingstemperstuur te brengen, Tijdens het operationele bedrijf van de vacuümreactor dient dit verwarmingssysteem er zorg voor te dragen dat eventuele warmteverliezen tijdens het verdampingsproces worden tO aangevuld.
o De circulatiepomp Is aangesloten op de koelbuis en op de warmis-unit. Door deze verbinding wordt de koelbuis steeds voorzien van een temperatuur onder het dauwpunt van de vioeistof- of waterdamp.
{8} Verdere mogelijkheden van en mat de vaculimrsacior.
Het is mogelijk om de warmte dis aanwezig is in het warmtevat met behuip van heatpipes te concentreren in een kleinere massa. Hierdoor wordt warmteopsiagcapacitet bespaard, Ook in deze situstie ken cen warmtewisselaar worden sangekoppeld om een hete lucht verwarming te realiseren, dan wel om te dienen als warmtetoevoer voor andere heatpipes, De vaculimreactor produceert warm water, koud water en koude lacht. Mat dezes combinaties 2Ü zijn zoals aangegeven meerdere toepassingen mogelijk. Door de inzet van heatpipss zijn de mogelijkheden te vergroten, Met name de kenmerkende eigenschap van de varuümreactor, om permanent warmte te kunnen leveren zonder enige afhankelijkheid van welke fossiele grondstoffen of klimatologische omstandigheden dan ook, maakt dat de inzetbaarheid van de vacuimreacior in combinatie met heatpipes aanzienlijk breder wordt en ook aantrekkelijk is.
gen heatpipe is een mechanisch apparaat zonder bewegende delen dat warmte kan overbrengen van het ene punt naar het andere zonder gebruik te hoeven maken van zen externe stroonwoorziening. Het is ven slgeslolen buis die gedeeltelijk is gevuld met sen werkende vloeistof, doorgaans een koelmiddel. Het koelmiddel, met sen lage verdampingstemperatuur, absorbeert de warmte van de warme lucht tijdens het verdampen, De damp gaat dan naar de condenseringszijde van de heatpipe die is geplaatst ín een warmtieupskg systeem dat de toegevoegde warmte kan verdragen, De warmte die was geabsorbeerd uit de warme lucht aan de verdampingszijde wordt nu overgedragen aan dat warmteopslag wsteen. Di warmieverlies zorgt ervoor dat de damp jn de buis. weer condenseart tot een vloeistof waardoor de cyclus zich herhaalt, Het is een bekende toepassing zoals die wordt losgepast in airconditioning om aangevoerde lucht voor te koelen, In dit octrooi wordt de bestaande techniek tosgevoegd aan een nieuw apparaat om de opbrengsten hiervan te vergroten.
Een toepassingsgebied waarin het temperatuurverschil kan worden vergraot met behulp van heatpipes en zodoende een aanzienlijker temperatuurverschij te creëren zodat sen Peltier 40 clement kan worden ingezet voor de productie van elektriciteit is te zien in tekening 5 fig. a. Het warmteverschi tussen de wes waermtestromen kan ook gebruikt worden voor de aandrijving van sen Stirling motor, Tekening 6 fig. Lb. De koude lucht ult de warmie-unit kan worden gebruik voor koeldoeleinden ais airco's, De warmie ull het wermieval kan warden gebruikt voor de verwarming van lucht voor luchtverwarming. Feislijk is ook dit een vorm van 45 concentreren van warmte, maar dan nu in lucht, is
Een ander toepassingsgebied is het koppelen van een waler/icht warmewisselaar teneinde de aanwezige hoeveelheid water van {bijvoorbeeld 90 graden Celsius) te gebruiken voor hm verwarmen van de omgevingslucht tot de temperatuur waarop de geplaatste heatpipes zijn berskend, De dan gemaakte warme kicht wordt gebruikt om de geplaatste heatpipes te laten werken. Het voordeel is dat deze dan niet alleen werken op de aanwezige warmie in het aanwezige warme water, maar ook de warmte zullen benutten van de opgewarmde lucht, Aangezien het verdampingsmiddel in de heatpipe begint te verdampen bij sen temperatuur tussen 15 en 25 î graden Celsius is er nu dus meer verdampingstemperatuur en verdampingswarmte beschikbaar. En het merendeel van de gebruikte verdampingswarmte wordt ook hier uit de buitenlucht gehaald. Het grote voordeel van de gekoppelde installatie {vacuimreactor, warmtewisselaar, heatpipes en warmteopslagsysteem] is dat de noodzakelijke aanvoer van warmte voor de heatpipes is gegarandeerd, Nadeel is dat het uiteindelijke resultaat wel deels afhankelijk is van de temperatuur van de buitenlucht.
iS intekening 6. fig. b is een schema voor een dergelijke opstelling.
Indien de vaculimreactor uisluitend wordt gebruikt voor de opwekking van elektriciteit kan de condensatiewarmte gebruikt worden als invoer voor de verdampingswarmte in de warmte- unit, De koude voor de koelbuis wordt nu geleverd door een luchtkoeler. De geproduceerde elektrickeh wordt opgeslagen in de accu en doorgegeven, Door deze voorziening ontstast zen elektricteitsopwelkkingsmachine die, na de aanvankelijke npstartbehosfte, grotendeels in zijn eigen energiebehoefte kan voorzien.
Het noodzakelijk om sen manuels opstartinstaliatie te plaatsen om de begin slektricteit ter beschikking te hebben. De warmi- unit kan gehandhaafd blijven ter zekerheid. Aangezien er ook verliezen zijn, is sr waarschijnlijk altijd wel sen toevoer van exlerne energie (warmte en elektriciteit) nodig. Zie tekening 7 voor een schematische schets.
16
Claims (5)
1. Een werkwijze en installatie bevattende een fysische reactor {verder vaculimreacior te noemen) waar, onder gecontroleerde en stabiele omstandigheden een geforceerde Taseverandering wordt afgedwongen. Hierdoor vindt er een natuurkundige actie plaats die veroorzaakt wordt door een installatie, bevattende een verdampings- en condenssringsdeel, een warmis-unil en een faciliterand deel voor de aansturing van de vorige delen, Het verdampingsdeel gebuikt de, door de warmte-unit, gewonnen warmie uit de omgevingslucht als verdampingswarmie. De omgevingslucht wordt door deze onttrekking van wamte kouder. De verdampingswarmis maakt de iG verdamping in de vacuûnreector mogelijk. De verdampingswarmis die na de verdamping als latente warmte in de waterdamp aanwezig is, wordt in het condenseringsdes! tijdens het condenseringsproces gewonnen als voelbare warmte, Door dere eigenschap is het mogelijk om warmte ull een grote massa samen te ballen in een kleinere massa. Dit conglomereren van warmte is een van de onderscheidende eigenschappen van de hier beschreven installatie, De bedoeling van dit apparaat is het om de warmte die in de omgevingslucht aanwezig is door middel van verdamping en condensering te bundelen cn zowel koude als warmte te produceren met als dosleinde het verwarmen den wel koelen van woringen, gebouwen en overige ruimtes of industiële instaliatiss, Tegelijkertijd produceert de vacplmreatior ven constante waterdampstroom dis geschikt is om een windturbine te kunnen aandrijven voor de opwekking van elektriciteit voor diverse toepassingen die clektriciten behoeven. Doordat het apparaat. gelijktijdig zowel warmte als koude produceert, is het mogelijk om met behulp van deze Zemperstuurverschillen elektriciteit op te wekken met behulp van san Peltierslement, dan wel een Stivlingmotor. Het apparaat maakt gebruik van de verdampingswarmte die opgenomen wordt tijdens de verdamping van een vloeistof of gen gas en de zondenseringswarmte die daarna beschikbaar komt bij de condensering van de eerder verdampte vloeistof of gas. De vaculimreactor wordt gekarakteriseerd door de samenstelling. van de volgende kenmerken.
- De ontwikkelde vacuimreactor is te beschouwen als een gesloten thermodynamisch systeem waarin massa is geconserveerd binnen de grenzen van het systeem, maar energie ongestoord kan toetreden of verlaten, Behalve de benodigde elektriciteit voor de aandrijving van de mechanische en sturende onderdelen is de warmte die gewonnen wordt ui de omgevingslucht de enige vorm van energie die de vacuüm reactor in of uitgaat.
= Nierdoor is het mogelijk om permanent warme ìe kunnen leveren zonder enige afhankelijkheid van welke fossiele grondstoffen of klimatologische omstandigheden ook waardoor de inzetbaarheid van de varuümrsscar aanzienlijk breder wordt, 49} De werkwijze om de verdampingswarmte gecontroleerd te laten condenseren en op deze wijze de gewonen warmie vit de omgevingslucht in een warrtevat samen te ballen is vernieuwend. Dit conglomereren van warmte is een van de onderscheidende kenmerken van de hier beschreven installatie.
17
. De vaculimreacor is cen werkwijze en installatie die het mogelijk maakt om water artificieel Te laten verdampen met als doeleinde de daarbij vrijkomende verdamgings- en condensatiewarmte 1e benutten als energiebron, De algemene werking overeenkomstig figuur 1 is als volgt. De vaculimrgactor laat, met behulp van sen vacuüm, water verdampen. De daarvoor benodigde verdampingswarmie wordt onttrokken aan het verdampingsoppervlak 6.4 dat via het warmtegeleidingsoppervlak b.b weer verbonden is aan de warmte-unit, Het warmtecollertorvat 8 van de warmte- unit koef door deze onttrekking van de verdampingswarmte af.
- Het verdampingsopperviak en het warmtegeleidingsopperviak zijn respectievelijk de boven- en onderzijde van de afscheidingsplaat 6. Deze resliseert de afsluiting lussen het gesloten systeens van de vaculimrsactor en de omgeving van deze vacuùnweartor.
~ Doordat de verdamping alleen kan plaatsvinden als or voldoende verdampingswarmie beschikbaar is. Hierdoor Is er sen vorm van verdampingswarmte compensatie noodzakelijk, Deze ken worden uitgevoerd met behudp van de warmte-unit, Mierbij is wordt door middel van een warmtewisselaar de warmte vit de omgevingslucht toegevoegd aan het waermiecollestorvat.
“ De waterdamp met daarin de lslente verdampingswarmte wordt middels sen vacuümpomp getransporteerd naar de condensor en daar gecondenseerd waardoor de nu voelbaar geworden condensaliewermte word! overgedragen aan de condensor die zelf weer is geplaaist in het warmtevat waardoor alle condensmiewarmte daarin wordt gecumuleerd.
- Het gecondensesrde water weer wordt teruggevoerd naar het waterreservoir waardoor er een cyclus ontstaat van waterverdamping, condensering en weer terug naar water heigeen de oneindige vyclus van het watergebruik verduidelijkt. De in het 28 warmtevat opgeslagen warmte kan gebruikt worden voor verwarmingsdoeleinden {centrale verwarming} en {met gebruikmaking van de aanwezige koude in het warmtecollectorvat} de opwekking van elektricteit. Anders dan de naam veronderstel is de temperatuur in het warmtecollectorvat steeds lager dan de temperatuur van de omgevingslucht.
- Een bijzonders eigenschap van water is dat di beschikt over een zeer hoge verdampings- en condensatiewarmie waardoor meestal water in de vacuümreactor gebruikt wordt als verdampingsmedium. Om deze reden wordt in dit octrooi uitshaitend de vloeistof water als voorbeeld gebruik, - De vacuilmreactor is bruikbaar voor alle vloeistoffen en gassen die kunnen verdampen en door deze eigenschap bruikbaar zijn als verdampingsmediom waarbij aan alle te gebruiken vloeistoffen en gassen middelen kunnen worden toegevoegd om de bruikbaarheid als verdampingsmediam Ie verbeteren.
- Gedurende het operstionsle gebruik van de vaculinweactor hoeft de benodigde vloeistof {doorgaans water, maar niet uisluitend} slechts een keer, tijdens het 40 opstarten, ie worden opgewarmd omdat waterdamp na de condensatie weer de oorspronkelijke verdampingstemperatuur heeft, 18
- Met oneindig hergebruik van water, hetgeen een milisuvriondeliik transportmsdium is, is meds mogelijk omdat de vacuümreactor geen water verbruikt maar gebruikt, De natuurlijke eigenschap van water om na ieder verdangangs- en condensatiecydias steeds weer opnieuw te kunnen verdampen en condenseren betekent dat het water steeds inzethaar is in het proces van de vacuiümreactor, Door de werkwijze van de vacuùmreactor is het mogelijk geworden water te gebruiken als verdampingsmedium dat niet cpwaakt.
- De verdampingsbrandstof, de benodigde verdampingswarmite, wordt gowonnen uit de omgevingslucht, hetgeen sen onuitputtelijke bron van warmte is.
0 - Een bijkomend aspect van de vacuümreactor is dat aan de locatie waar een dergelijke reactor wordt geplaatst geen bijzondere eisen bshoeven te worden gesteld, aangezien het verdampen van water rist als gevaarlijk hoeft te worden gezien.
“ De waterrector bevat vier hoofddelen, een verdampings- on ven condensatiedeel, een warmte-unt en een faciliterend deel dat de overige delen aanstuurt, - De instaijstie en de werkwijze van de vaculinyreacior is als volgi. Tekening 1. in het waterreservoir 1 wordt het water verwant tot de gewenste verdampings- temperatuur. Deze verdampingstemperatuur is afhankelijk van de onderdruk dis in de vacuümverdamper 2 heerst en kan met behulp van PLL 15 worden ingesteld.
~ Dit vacuüm wordt gemaakt door de vacuümpomp 3. Als het vacuüm en de onderdruk de gewenste instellingen hebben bereikt, wordt er door de perspomp 4 sen vastgestelde hoeveelheid water via de vernevelaar Sin de vacuümverdamper geperst, De vernevelaar sproeit het water dan over het verdampingsopperviak Sa, Door de aanwezige onderdruk zal het water gaan verdampen ap het verdampingsopperviak, Z5 Het vernevelen is noodzakelijk om te komen tot een zo gelijkmatige en ame verdeling van het water als mogelijk is om tot een sfficidnte verdampingsoperatie te komen, Met is ook mogelijk het te verdampen water op ven andere wijs op bet verdampingsopperviak 6.9 aan te brengen, bijvoorbeeld via een enkels straal, Een dergelijke werkwijze kan, maar heeft geen voorkeur omdat dit de sfficiéntie niet ien goede zal komen, - Met is mogelijk om de verdamping ook zonder de genoemde voorverwarmingen ie laten starten als de vaculimpomp 3 een voldoende ep vacuüm kan trekken en zodoende, zij het langzamer, het vacuimreactorproces op gang ken Iwengen, - Um het verdampingsproces constant te houden moet het te verdampen water op verdampingstemperatuur worden gehouden dan wel gebracht met sen bijverwarmingsdraad 7.a. Een verwarmingsdraad met een vergelijkbare functie 7,b is ook aangebracht In de verbindingshuis tussen de vacuiümverdamper en de condensor om te voorkomen dat de waterdamp gaat condenseren voordat deze de daadwerkelijke condensor bereikt, 19
- Aangezien de vacuimrescter vok intermitterend kan werken, is er gen verwarmingsdrsad Zo om te voorkomen dat de te verdampen vloeistof in de persleiding afkoelt tijdens het wachten van de ingestelde procestijd.
= Om water te laten verdampen is er behalve verdampingstemperatuur ook verdampingswarmte nodig. Deze verdampingswarmie wordt onttrokken aan het verdampingsoppervlak. Hierdoor zal dit afkoelen en op enig moment geen verdampingswarmte meer kunnen afstaan. De benodigde verdampingswarmte komt nu ult de warmte-unit. De afscheiding tussen de vaculimverdamper en de warmte-unit is de afscheidingsplaat 6, Deze plaat wordt aan de bovenzijde het verdampingsopperviak 6a genoemd en aan de onderzijde het warmmtegeleidingsoppervlak 6,b, ~ Het verdampingsopperviak 83 is via het wanntegeleidingsopperviak 6b in contact met het warmterollectorvat B. De warmte hieruit wordt overgedragen aan het verdampingsoppervlak. Dok dit warmiecoliectervat zal dan op ong moment geen warmte meer kunen afdragen omdat dit bevriest.
- Aangezien de buitenlucht echter warmte bevat zorgt zen ventilator 10 voorde toevoer van warmte uit de buitenlucht 17. De afgekoelde omgevingslucht wordt via 18 afgevoerd. Het warmtecollectorvat vormt met de warmtewisselaar 9 en de ventilator 10 de warmitg-unit, In principe is het een warmtewisselaar met een wateropslag, Deze wateropslag wordt in de vaculmreactor warmtecollectorvat genoemd en werkt volgens de Omgekeerde Koelwet van Newton. De warmere omgevingslucht warmt het koudere water in het warmtecollertorvat § op.
- Als het water verdampt neenn dit warmte op. Deze verdampingswarmte is nodig om het vipeibare water voldoende snergie te gever am te kunnen verdampen. Tijdens het verdampingsproces groeit het volume ca. 1600 keer. 1 Liter water wordt 1600 dm? waterdamp. Deze waterdamp wordt daar het vacuim in de condensor 11 gezogen.
“ Daar is sen koelbuis 12 geplaatst die ervoor zorgt dat de waterdamp gaat condenseren, Het benodigde koude water voor de koelbuis wordt eit het warmtecollectorvat 8 rondgepompt door de circulatiepomp 13. Dat heeft door het onttrekken van de 36 verdampingswarmie sen lage temperstuur, Deze temperstuur moet beneden het dauwpunt zijn aangezien anders de condensatie niet kan plaatsvinden, Tijdens dit condenseren gaat de waterdamp weer over in vloeibaar water.
- De zanwezigs verdampingswarniie, de latente warmte, i nu overbodig en wordt afgegeven als condenseringswarmte heigeen voelbare warmte is. Door deze afgifte stijgt de temperatuur van de condensor, Deze condensor verwarmt op zijn beuri weer het verwarmingsvat 14, Via de aansluiting op de DV 15 kan dan het warme water verdeeld worden, Het gehele proces wordt gecontroleerd door sensoren en bestuurd door de PLC16, Tijdens dit condenseringsprocss wordt het volume van de waterdamp weer kleiner. 1600 dm? wordt weer 1 liter water, Hierdoor ontstaat er een natuurlijk 40 vacuùm, Het weer vlosibaar geworden water heeft de oorspronkelijke temperatuur gehouden, (Er wordt rekening gehouden met zen verlies tot 0,5 %). 28
. De vacuimpomp is sen membraanpomp die geschikt is om zowel vloeistof als gas te verplaatsen, Daarnaast dient deze vacuümpomp zodanig te zijn ontworpen dat tijdens het verpompen van het weer vloeibaar geworden water het vacuiim gehandhaafd bili.
s Het weer vloeibare water wordt in het vipeistofreservoilr terug geperst en daar zo nodig weer bij verwarmd, ter compensatie van de mogelitke 0,5 % verlies, voor de volgende cyclus, ~ Aangezien water maar ook andere vloeistoffen altijd verdampen mits er steeds warmie aanwezig is in de omgevingslucht die te winnen is, zal de cycles altijd doorgaan, op voorwaarde dat de mechanische voorzieningen de cyclus blijven ondersteunen, - Het verdampings en condensatiedeel van de vacullmreactor zijn in een serieschakeling met elkaar verbonden. De warmte-unit is dit deel van de Installatie dat de benodigde verdampingswarmie uit de omgevingslucht wint en is functioneel verbonden met de dampcyclus.
Is - Het faciliterend deel bevattende alle mechanische en controlerende onderdelen en de sturende vaculimreactor die met behulp van de verschillende controlesystemen als zodanig met alle andere delen van de vacuünreanor functioneel verbonden is.
- Het verdampen van de vloeistoffen gebeun onder een vacuüm waarvan de onderdruk instelbaar is en in overeenstemming is met de temperatuur van de te verdampen vloeistof, - Beide variabelen moeten minimaal met elkaar in overstemming zijn waarbij iedere variabele wel zodanig kan worden ingesteld dat de tolerantie van het systeem maximaal wordt Ter verduidelijking, Bij een bepaakie onderdruk verdampt water bij 70 graden Celsius, Het water verdampt dus ook bij 90 graden Celsius. Allzen als 30 graden Celsius wordt ingesteld, neemt de tolerantiemarge toe en daarmee de onzekerheki af.
- Door de temperatuur van de te verdampen vloeistof hoger te maken dan past bij de heersende onderdruk, dan wel door de onderdruk dieper te maken dan past bij de temperatuur van het water, wordt de tolerantie van het verdampingssysteem vergroot. Een combinatie van beide zanpassingen is cok moggelijk, ~ Het verhogen van de vioeistoftemperatuur vergt geen extra operationele kosten aangezien dere temperatuur ook na verdampen en condenseren gelijk bij. Het creëren van een dieper vacuüm kost wel meer energie maar het verschi blijft kem.
- Een belangrijke eigenschap van waterdamp die de vaculimrsactor gebruikt, is dat bij waterdamp die condenseert de oorspronkelijke verdampingstemperatuur gehandhaafd DIR, In de serieschakeling van de vacuimreactor betekent dit dat het water verdampt wordt mel cen verdampingstemperatuur Tx en na het condenseren nog steeds een temperatuur heeft van Tx, - De genoemde verdampingstemperatuur BIJ theoretisch gehandhaafd, In de praktijk 40 blijkt dat deze tot 0,5 % kan dalen, Om dit verlies te corrigeren is een bijverwarmings- wsteem nodig dat deze 0.5 % bij verwarmt als dat nodig bike,
- Kenmerkend voor de vacsümreactor is dat, door de genoemde eigenschap van water damp, het weer vloeibaar geworden water niet {dan wel nauwelijks} moet worden bij verwanmt voor de volgende verdampingscyclus.
- Dankzij deze zeer beperkië lerugval in verdampingstemperatuur bijft de offici8ntie- winst aanzienlijk omdat het verdampingsdeel van de vacuümresctor een minimale hoeverlheid ofekiriciteit nodig heeft om te kunnen blijven functioneren, Deze efficiéntiewinst, door gebruik te maken van deze eigenschap van vloeistoMFen, is sen kenmerk van de vacuünreactor waardoor het hoge COP wordt verklaard.
- De ongevingslucht die de vacuümreactor gebrgikt om in de benodigde verdampings- 16 warmte te kunnen voorzien wordt rowel fysisch, chemisch als biologisch niet aangetast, Aan de omgevingslucht wordt uitsluitend energie in de vorm van warmte ontrokken, Warmte die grotendeels ook weer in de omgeving wordt gebruikt als verwarmingswarmte voor de centrale verwarming en het tapwater, - De vacuümreactor maakt gebruik van zen van de onderscheidende eigenschappen van is water. Water verdampt altijd, bij elke temperatuur, De enige voorwaarden zijn dat het water niet bevroren Is en dat de relatieve vochtigheid voldoende laag is, dit in ' vrergenstemning met de heersende temperatuur en de luchtdruk, - De vacuünreactor werkt op basis van een vacuüm waardoor de relatieve vochtigheid altijd laag is aangezien de aanwezige waterdamp word! afgezogen.
29 - Vloelbaar water verdampt altijd ongeacht de temperatuur van de omgeving {of verdampingsopnervlak) waarop dat water verdampt, ook op sen kouder oppervlak.
- De kenmerkende functie van de vaculimireactor is niet dat deze de verdamping mogelijk maakt, het verdampingsproces in de natuur werk altijd, Het kan echter een aanzienlijke tijd duren waardoor de praktische toepasbaarheid niet aamwezig is. Het 23 verdampingsdeel van de vaculimreactor is dan ook niet zozeer ingericht om deze verdamping mogelijk te maken, maar om de verdampingstijd zodanig te versnellen dat dit operationeel bruikbaar wordt, - Zoals zengegeven is de vaculmreacior een gesloten systeem waarin massa is geconserveerd! binnen de grenzen van het systeem, maar energie ongestoord kan betreden of verlaten, Dit vereist tegelijkertijd dat het gehele systeem zodanig geïsvleerd is dat de onbedoelde warmistransporten tussen het systeem en de omgeving maximaal begrensd worden, - Behalve de gebruikelijk isolatiesystemen is er cok de volgende mogelijkheid, Aangezien er reeds een vaculimpomp in bedrijf is, {om de benodigde onderdruk te rezliseren) kan de gehele warmterydius in gen vacuûmomgevng worden ondergebracht, Dat kan door het vat dubbelwandig uit te voeren.
- De vacuümreactor heeft een vwacuümdichte afsluiting nodig tussen de verdampingscychus en de omgeving waaruit de verdampingswarmte word! gewonnen, Deze afscheidingsplaal, het afscheidingsmadium, heeft twee zijden met ieder een 40 eigen functie. De bovenzijde is het verdampingsopperviak, de onderzijde is het warmiegeleidingsoppervlak, - De functie van deze afscheidingsplaat is dat deze de benodigde verdampingswarmis, dis gewonnen wordt uit de omgevingslucht, vacuimdicht kan doorgeven aan het te verdampen water, 22
- Een manier om water sneller te ten verdampen is het vergroten van het verdampingsoppendak, Het oppervlak kan worden vergroot door dit oppervlak in de volumevorm te maken. Een bol of vesthoekvorm heeft een groter oppervlak dan een vlakke plaat, Zie tekening 3 fig. a.
- in {of verbonden met) het verdampingoppervlak kan sen oppervlakte vergroting worden aangebracht door het zanirengen van zen geometrische verhogende vorm of het aanbrengen van vergrotingsplaten, Tekening 3 fig. b, - Het oppervlak zelf kan een oppervlakte reliëf rijgen waardoor het nette beschikbare oppervlak verveelvoudigd wordt Tekening 3 fig. ca.
- {ok op deze oppervlakte vergrotende reliëfs kan het opperviak nog verder vergroot worden door het aanbrengen van {microscopische) oppervlakte verruwingen. Tekening 3 fig. d.
~ Het verdampingsoppervlek kan ook, mits de dampdooriatingsen voldoende groot zijn, met verdiepingen worden aangebracht. Tekening 3 fig, e.
- Op het verdampingsopperviak kan een voorziening worden getroffen om het neerdalende water op ds gewenste verdampingstemperatuur te brengen, Waterdruppels die omlaag vallen, kunnen tijdens deze daling deels warmte onttrekken aan de neerdalende druppels, Hierdoor komt ds verdamping op gang, maar het neerdalende water daalt aanzienlijk in temperatuur, Om dit verlies te compenseren 26 dient een oppervlakte bijverwarming. Het bijverwarmen van 1 liter water met 1 graad Cabslus vergt 4,12 ki. De verdampingswarmte per liter bedraagt 2256 ki, De verliezen als gevolg van dit bij verwarmen zijn derhalve gering en verrekend in het COP, - DE oppervlakte bijverwemmingssysteem kan geïntegreerd zijn in het verdampings- opperviak of er os op liggen, Verder is de wijze van bijverwarming nist relevant, het gaat om ge toevoeging van warmte teneinde sen optimale verdampingstempsratuur ts krijgen en te handhaven.
- De verbindingsbuis tussen de verdamper en de condensor dient fe worden voorverwarns om te voorkomen dat de waterdamp eerder gaat condenseren voordat kit deze de condensor heeft bereikt, - De afscheidingsplaat heeft zoals aangegeven twee zijden, cen verdampingsoppervlak zoals hierboven aangegeven lerwij tegelijker de onderzijde dient als warmiegeleidingsopperviak van de warmte unit naar het verdampingsoppervlak, Voor dit warmtegeleidingsopperviak gelden uiteraard dezelfde voordelen als bij bet vergroten van het verdampingsopperviak. Moe groter het overdrachtsoppervlak bos beter de warmteoverdracht kan plaatsvinden, Alle oppervigkievergrotingsmogelith- heden die gelden voor het verdampingsopperviak gelden daarom ook voor het warmtegelsidingsopperviak.
- Het verkleinen van de te verdampen waterdruppel met een vernevelaar is een 40 methode om de verdamping sneller te laten verlopen. De contactmogelijkheden worden groter, en daarom ook de warmieoverdrachten, als deze contact mogelijkheden toenemen. De verfijning kan ook worden verkregen door een ultrasoon installatie, Het kenmerk is hierbij dat verfijning van de waterdruppel op welke aard ook de verdamping helpt.
23
- De verdamping kan ook worden versnekt door het gebruik van geprepareerd water, gedestilleerd of gedemineralseerd. Dit prepareren kan ook worden bereikt door gebruik te maken van toevoegingen van welke aard ook, - Het versnellen van de verdampingssnelheid van water is ook mogslijk door de natuurkundige relatie tussen temperatuur en druk anders In te vullen, Overeenkomstig de tabellen verdampt waler in een vacuüm van x graden bij sen onderdruk van y, Het is natuurlijk mogelijk om de temperatuur te verhogen en de onderdruk te verlagen. Hierdoor wordt de verdampingsiolerantie aansenlijk vergroot en daardoor het verdampingsproces stabieler en controlserbaarder.
- Het verhogen van de verdampingstemperatuur vergt verder, op het opstarten ng, geen extra energie aangezien condenserend water steeds de verdampingslempersiuur : behoudt {op een gering percentage na, ca. 0,5 9).
- Het verlagen van de onderdruk wordt mede ondersteund doordat het verdampende water tot 1600 keer in volume groeit, Tijdens het condenseren daalt het volume weer naar de oorspronkelijke onwang. Hierdoor ontstaat er in de vondensor ecn natuurlijk vaccum, - Anders dan in figuur 1 is aangegeven kan de vaculimreacior ook In zichzelf worden geïntegreerd. Zie tekening 4 fig. a. Dit levert zen compactere Installatie op die minder plaaisingsruimts behoeft.
~ De waterdamp heeft een opmerkelijk groter volume, hierdoor ontstaat er in de vacuümverdamper een aanzienlijke dampstroom, Gezien de te bereiken kichisnelheid is het mogelijk om in de vacuümverdamper een windturbine te plaatsen die In staat is om elekiricliell op te wekken. Tekening 4 fig. b.
- Door de dimensies van de vacuümverdamper aan te passen kan de luchtsnelheid ten behoeve van de windturbine worden aangepas.
- Als de vacuimreactor bedoeld is om te werken zonder aansluiting op een externe glekirivitedishron zijn er voorzieningen nodig. Aangezien de vaculimreactor niet kan starten zonder elektrichen is het noodzakelijk om een voorziening te hebben waarmee de aanvoer van deze benodigde elektriciteit kan worden verzekerd.
- Een kenmerk van een dergelijke vaculimreactor is dat deze werkt op een in te bouwen accu die wordt bijgeladen door de systemen die elelariciteit opwekken.
- Een bijkomend kenmerk is dat deze accu ook kan worden bijgeladen door een handmatig systeem dat voldoende elektriciteit oplevert om te kunnen starten, - Het vacuümdeel van de vacuümreactor moet worden verwarmd tot de gebruikte verdampingstemperatuur om voortijdige condensering Is voorkomen.
- De verbindingsbuis van het vecuimdeel naar hat condenseringsdeel moet worden verwarmd tol de gebruikte verdampingstemperatisr of hoger om te voorkamen dat het condenseringsproces anders dan ijn de condensor plaatsvindt, - Het condenseringsdeel werkt net als het verdampingsdeel op basis van de natuurlijke 48 eigenschappen van water, meer specifiek van waterdamp. Waterdamp dat in een kouder gedeelde komt, gedeïinieerd als lager dan het dauwpunt zal gaan condenseren, - Tijdens de condensering zal de opgenomen verdampingswarmte worden afgestaan aan de omgeving als sen gelijke hoeveelheid condensatiewarmte. De bedoelde 45 omgeving is hier de bullenwand van de condensor die in direct contact slaat met het warmtevsi. Mierdoor zal alle gewonnen warmte worden overgedragen aan het 24 warmieval. Opgemerkt moet worden dat dit warmtevat zonder aanvullende voorzieningen nooit hoger in temperatuur kan worden dan de oorspronkelijke verdampingsiempersiuur.
- Tijdens het condenseringsproces zal het verdampte walter weer het oorspronkelijke 3 volume aannemen, Dit verklaart de geringe benodigde capaciteit van de vacuimpomp. Deze hoeft dan alleen nog de hoeveelheid water te verplaatsen die oorspronkelijk moest worden verdampt aangezien de installatie zodanig ontworpen is dat alle waterdamp condenssert in de condensor, - De benodigde koude die aanwezig moet zijn in de condensor wordt ingebracht via de koelbuis, DIE is een gesloten Koude Iransporisysteem dat via een circulatiepomp is aangesloten op het water in de warmte-unn. Hierdoor is er ook voor het verkrijgen van de benodigde koude geen exira voorziening nodig, aangezien het verdampingsproces zo zorgt voor water dat bruikbaar Is als koelwater, - Het is ook mogelijk om niet te kiezen voor zen koude transport vanull de warniie-gnlt maar deze koude extern te beirekken. Kpude omgevingslucht of cen vloeistof beneden hei toepasbare dauwpunt zijn hueabaar, - Zowel de koelbuis als de condensor kunnen in alle soorten materialen worden gemaakt mils ze voldoendes warmtegeleidend zijn, Ook hier Is het mogelijk om de oppervlakten van zowel de condensor als de koelbuis te vergroten oversenkomstig de wijze waarop pit het verdampingsoppervlak kan worden vergrool, - Het warmtevatl, dat deel uitmasgk? van de condensor, kan worden gevuld met iedere vigeistof of vaste stof die voldoende warmteopslag kan bieden, Aangezien water de provisies warmteopslagcapacHst heeft wordt dese vloeistof verlvuldig gebruikt, Het is mogelijk om de opslagcapaciteit te vergroten door gebruik te maken van diverse toevoegingen, Zout en/of fase chance materials zijn hiervoor afficiénte middelen, Het warmievat zeheel met metaal of stenen vullen, vergroot de opslageapadiieit ook, - De warme die in het wermievat beschikbaar is kan ook door mildel van een warmtewisselaar systeem worden gebruikt om de omgevingslucht mee te verwarmen waarna deze warme lucht kan worden gebruikt om te dienen in een hete lucht KS verwarming oversenkomstig de gebruikelijke installaties om lucht te verdelen in woor en werkgebouwen, - De warmisunk is dat desl van de vacutimreacior dat het mogelijk maakt om de benodigde verdampingswarmie te winnen uit de buitenlucht De warmte unR kan dit doen doordat er sen aïscheidingsplaat is aangebracht tussen het verdampingsdeel en de warmte-unit, - Deze koppeling, de afscheidingsplaat, wordt aan de zijde van de vacuimverdamper verdampingsopperviak genoemd en aan de zijde van de warmte unt het warmtegeleidingsopperviak. Deze afscheiding draagt de gewonnen verdampings- warmte over aan het te verdampen water, De inrichting van dit overdrachtsvlak moet 40 zodanig peieidend zijn dat de wermiestroom van warmie-unt near het verdampingsopperviak onlimaal is.
- De omgevingslucht wordt door zen ventilator door de warmtewisselaar geblazen, Hierdoor zal de vloeistof in de radiator opwarmen en de omgevingslicht afkoelen, De vineistof in de warmtewisselaar is dezelfde vloeistof als die in het warmiecullectorvat, 45 Deze vloeistof circuleert, mede door het gebruik van de circulatiepomp.
gE
De vloeistof in de warmieunit, doorgaans water, maar niet uitsluitend, kan worden geprepareerd met een antivriesmiddel van welke aard ook, De doelstelling van dat middel is dat hel vriespunt van deze vloeistof in de warmte-unit daal Tot beneden de te verwachtte temperatuur van de omgevingslucht, Hierdoor is het mogelijk om ook bij zeer lage temperaturen warmte te winnen uit de buitenlucht.
De vacuümrgactor wint de verdempgingswamtie met zen warmiecascade, een seguentiëls volgorde van warmte overdrachten, (Tekening 2 fig. bl). Verdamping van een vloeistof vindt plaats op het oppervlak van de vloeistof, De moleculen nabij het opperviak van de vloeistof habben een lage hoeveelheid intermoleculaire krachten in vergelijking met de moleculen in het midden of de onderkant van de vloeistof of een andere massa waarop de verdamping plaatsvindt Daarom kunnen de moleculen in het oppervlak gemakkelijk worden vrijgegeven.
- De benodigde verdampingswarmte wordt onttrakken aan de vloeibare laag van nog niet verdampte watermoleculen, Een aantal watermoleculen heeft op enig moment voldoende energie verzameld en verlaat de vloeibare laag als walerdamp, De bovenzijde van de vloeibare laag koelt daardoor af. Aangezien de vloeibare laag rust op een geleidende afscheidingsplaat koelt ook deze af, analoog aan de dalende temperatuw van het glas in de natteboltemperatuurmeting, - Deze afscheidingsplaat is hier het overdrachtamedium en is wat functie betreft vergelijkbaar met het glas van de natte bol. De afscheidingsplaat heeft ook hiernet als het glas een dubbele functie, Enerzijds is het aan de bovenzijde het verdampingsoppervlak, anderzijds is het aan de onderzijde sen warniegeleidings- oppervlak, Door het warmtegeleidingsoppervlak wordt de warmte, door tussenkomt var het overdrachtsmedium, overgedragen aan het verdampingsoppendak.
- Deze warmte wordt onttrokken aan het in de warmte-unil aanwezige water, Dat water koef dan af tot onder de temperatuur van de omgevingslucht. De ventilator warmt dat water weer op met de warmte ui de buitenlucht, Het opwarmen van de warmig-unit met een ventilator en de omgevingslucht is gebaseerd op de Omgekeerde Koelwet van Newton.
- in plaats van het warmtecoligctorvat te voorzien van warmte die gewonnen wordt uit lucht is het ook mogelijk de benodipde verdampingswarmte aan le leveren uit een andere warmiestroom, zoals bijvoorbeeld, maar niet uitsluitend, {afvaljwater of proceslucht.
- Hat {afvalwater met voldoende warmie-inhoug, wordt dan via de warmtewisselaar door het warmtacoliertorvat gevoerd, Behalve {afvallwater zijn alle vloeistoffen en warme luchistromen geschikt.
«De warmieunit kan ook niet worden voorzien van ven warmiecoleclonat. Het verminderde warmte-overdrachtsvermogen moet dan worden gecompenseerd door een grote ventilator met meer capaciteit Het warmtegeleidingsopperviak staat in een 40 open verbinding met de bultenlucht, - Dit oppensdak kan vergroot worden door het plaatsen van warmiegsleidingsvinnen teneinde het contactoppervlak met de buitenlucht ie vergroten, De verdampings- warmte wordt dan met behulp van de ventilator ontrokken vant de buitenlucht zonder verdere voorzieningen, De vacuümreactor bijft een gesloten systeem.
vg
- De warmte kan ook worden onttrokken aan een externe waterstroom die langs het warmtegeleidingsopperviak wordt geleid, Het warmiegeleidingsopperviak kan dan van uitbreidingsvinnen worden voorzien.
«Het water in het warmterollertorvat kan cok gebruikt worden voor koeling van de condensor door middel van de koelbuis. Hierdoor wordt de {deels} verdampings- warmte onttrokken aan het te koelen object.
«On het tomperatuurbereik te vergroten kan aan het water in de warmte-unit een antivriesmiddel van welks aard ook worden toegevoegd, waardoor het vriespunt van het water in de warrig unit tot ver beneden de omgevingstemperatuur van hicht kan dalen.
- De afgewerkte lucht is kouder omdat deze son deel van de daarin zanwezige warme heeft afgestaan aan het warmtecollectosvat van de warmte-uni, Deze, dus, koudere kucht is bruikbaar voor airco toepassingen overeenkomstig de gebruikelijke installaties om lacht te verdelen in woon- en werkgebouwen.
- De faciliterende onderdelen, bestaande uit de mechanische onderdelen van de vaculimreactor en het stuurmechanisme dat op basis van de input van de diverse semsoren het noodzakelijke verdampingsevenwicht in stand houdt, controleert alle benodigde pompen en ventilatoren.
- Aangezien water verdampt onder vaststaande verdampingsvoorwaarden zijn er in de vacuümrgactor sensoren nodig voor de besturing van de installatie. Deze besturings- voorwaarden zijn de benodigde drak in het verdampingsdeel die moet overeenstemmen met de temperatuur van het aangeleverde water, ~ De aanvullende verwarmingen moeten overeenstemmen met de temperatuur van het aangevoerde water en de druk in de verdangingsruimte. De te creëren onderdruk door de vaculimpornp moet afgestemd zijn met de druk in de vacuimverdamper, - De toegevoerde koude naar de condensor moet corresponderen met de mate van condenseren van de aangevoerde damp, De eventuele extra maatregelen zoals de eventueel te plaatsen warmtis elementen om de cordensering te ondersteunen en in werking te stellen, moeten corresponderen met de mate van condensering, ~ in de vaculimreactor is een intermitterend besturingssysteem geïmplementeerd dat gedurende de gehele procesvoorigang een balans in stand houdt tussen druk, verdamping en temperatuur.
- Hoewel de vacuümrsacor sen continu werkend systeem is kan de verdamping intermitterend werken. Er wordt een bepsalde hoeveelheid water van de juiste temperatuur in de vacuümverdamper ingebracht waarna de vacuümpomp de tijd krijgt om de waterdamp te verwijderen. Door deze intermitterende werkwijze wordt er meer operationele tijd aan het systeem gegeven om te verdampen zangezien water steeds tijd nodig heeft om de benodigde verdampingswarmte te verzamelen.
- Het besturingssysieen van de vacuünrsacar wordt aangestuurd door sensoren die 44 op alle relsvante plekken de lempmaluur, de aanwezige druk en de relatieve vochtigheid meten. Op basis van deze gegevens kan dan een intermitierend besturingssysteem de continue verdamping reguleren, - De vacsümpomp heeft een tweeledige functie, Enerzijds zorgt deze ervoor dal er een onderdruk in de warmteeyelas ontstaat, anderzijds vergompt deze vacuümpomp de 45 gecondenseerde viosistof weer naar het vloeistofvat. ledere andere combinatie van gompen (zowel lucht als vloelstofpompen) dan wel compressoren die deze tweckdige functie kunnen bieden, is in principe bruikbaar, De afvoer van de gecondenseerde vloeistof kan ook door een perscilinder worden gedaan, - De perspomp die de te verdampen vloeistof uit het vloeistofvat naar de vernevelaar perst om in het vacuiimdes! te kunnen verdampen, kan vervangen worden door een pneumatische cilinder aangedreven door elektra of perskeht, - De vacuùmpomp kan ook dienen om de perspomp fe vervangen wits deze daaraan wordt aangepast, Hierbij dient dan de ingaande zijde voor het creëren van het vacuùm en de gitgaande zijde voor het verpompen naar de vernevelaar, In deze siustie verval de functie van het vieceistofreservolr en wordt dan vervangen door een 19 verwarmingssysteem rondom de toevoer, - Het vlaeistotreservoir bevat een hoeveelheid water díe toereikend is voor een aamal verdampingscycii, DR reservoir is voorzien van cen verwarmingssysteam om de 1e verdampen vloeistof voor het verdampen op de juiste verdampingstemperatuur te brengen.
is - Tijdens het operationele bedrijf van de vacuümreactor dient dit verwarmingssysteem er zorg voor te dragen dat eventuele warmteverliezen tijdens hel verdampingsproces worden aangevuld zodat de verdampingstemperatuur in stand blijft, = De circulatiepomp is aangesloten op ds koelbuis en op de warmeani. Door deze verbinding wordt het koudere water van het warmtecollecorvat in de circulatie gebruik als koelmiddel De koelbuls wordt zo steeds voorzien van een temperstuny onder het dauwpunt van de vloeistot. of waterdamp - De vacuümrsactor heeft een koude en sen warme energie stroom, Hierdoor ontstaat er tussen belden zen temperatuurverschij. Dit verschi kan worden vergroot door het plaatsen van heatpipes die bij het warmtevat dienen om de temperatuur te verhogen en bij het warmtecollectorvat dienen om de temperatuur te verlagen, - Zowel in het warmtevat als in het warmtecollectarvat kunnen voorzieningen worden getroffen om de temperatuur te laten stijgen, Een mogslijke manier is het om zowel het warmievat als het warmtiecoliectorvat te koppelen aan, dan wel te vervangen door cen metalen massa die hogere temperaturen kan weerstaan.
- Door dit aanzienlijke temperatuurverscht! te creëren, is het mogelijk cen Peltier element inte zetten voor de productie van elektriciteit, Tekening 5 fig. a.
- Het warmteverschil tussen de twee warmtestromen kan ook gebruikt worden voor de aandrijving van een Stirling motor. Tekening 5 fig. b.
2. Een apparaat volgens conclusie 1 gekenmerkt door de aanpassing dat het warmteval 38 niet geïnstalleerd wordt. De bufferfunciie van hel warmtevat vervalt daardoor waardoor de condensatiewarmte van de condensor op een andere wijze moet worden afgevoerd.
- De condensor wordt voorzien van stromend water dat op deze wijze opwarmt en gebruikt kan worden voor verwarmingsdoeleinden.
40 - De warmie die de condensor nu krijgt door de condensatiewarmite wordt afgevoerd doordat er hicht over de condensor wordt geblazen door een ventilator waerne deze verwarmde lucht beschikbaar komt ten behoeve van luchtverwarming of anders processen waarbij warmte bruikbaar is.
- De warmie die de condensor nu krijgt door de condensatiewarsie wordt afgevoerd doordat de ventilator deze warme lucht doorvoert naar een Iuchhwarmtepomp {dan wel sen variant daarop) die daardoor zeer efficiënt kan werken.
- De warmte die de condensor nu krijgt door de condensatiewarmte wordt afgevoerd door de condensor te koelen met lucht en de verwarmde kucht de open ruine in te blazen, iG
3. Een apparaat volgens conclusie 1 gekenmerkt door de aanpassing dat de wanmte-unh, op de afscheidingsplaat na, niet geïnstalleerd wordt. Hierdoor moet de gebruikte verdampingswarmie voor het verdampingsopperviak anders worden toegevoegd.
- De benodigde warmte is toe te voegen door een vloelstat- of luchtstroom langs dit verdampingsopperviak te voeren waardoor in de warmievraag kan worden voorzien, - Het is mogelijk de warntieoverdracht tussen aangevoerde warmte bevattende stoffen te vergroten door de afscheidingspkaat aan de zijde van het warmtegelei- dingsopperviak te vergroten met vinnen of vergelijkbare toevoegingen.
4. Een apparaat overeenkomstig conclusie 1 gekenmerkt door de aanpassing dat het warmtevat van de vacuimreactor wordt voorzien van een energiemulliplier bestaande uit een aantal heatpipes. Heatpipes werken niel uitsluitend op de aanwezige warmte in vipsistoffen of metalen, Heatpipes werken ook op omgevingslucht, mits deze omgevingslucht voldoende temperatuur heeft. Dere gevraagde temperatuur is afhankelijk van de technische kwaliteiten van de gebruikte heatpipes. Door het mede gebruiken van warmte uit de omgeving kucht of andere aanvullende bronnen) wordt de warmteophrengst van een heatpipe hoger.
~ Deze omgevingslucht is op twee manieren ioe te voeren. Len eerste wijze is een open constructie waarbij de heatpipe omgevingslucht gebruikt met of zonder ventilator om 36 voldoende lucht te krijgen, Tekening &. fig. a.
- Deze omgevingswermte kan worden verkregen door menging van de warmte van het warmtevat met deze edere bron.
- Hetwater van het warmtevat heeft een temperatuur van 30 graden Celsius, Aangezien het doorgaans gebruikte verdampingsmiddel in de heatpipe begint te verdampen bij cen lemperaluur tussen 15 en 23 graden Celsius is er nu, door het mengen, meer verdampingstemperaiuur en verdampingswarmtie beschikbaar.
- Een methode voor deze menging is het plaatsen van een water-lucht-warmiewisselaar, Door deze constructie wordt het merendeel van de gebruikte verdampingswarmte uit de buiteniucht gehaald, Tekening 6. fig. b.
46 - Het grote voordeel van de gekoppelde installatie Ivacuimreactor, warmtewisselaar, heatpipes en warmteopsiagsysteem) is, dat de noodzakslijke aanvoer van warmte voor de heatpipes is gegarandeerd omdat de vaculinweactor een constante warmtebron is.
- Nadsel is dat het uiteindelijke resultaat wel deels afhankelijk is van de lemperstuur van de buitenlucht, 45 «De beatpipes kunnen deze warmte overdragen aan een wamteopslag-systeem dat geschikt is voor de opslag. van grote hoeveelheden warmte.
29
- Daar het bedoelde warmteopslagsysteem uit te voeren In metaal kan de uiteindelitke temperatuur worden opgevoerd, = De PLC dient dit multipliersysteem te monitoren on eventueel bij te sturen op oververhitting, - Een dergelijk muitigliersysteem met heatpipes kan ook gestapeld worden.
» Het is ook mogelijk het toegevoegde warmteopsiag-systesm niel te plaatsen en de heatgipes te koslen met omgevingslucht of zen stromende vloeistof, teneinde de gewonnen warmte te benutten voor verwarming.
- De constructie met heatpipes, gevoed door de extra omgevingswarmte is ook id bruikbaar voor de inzet van Peltier slementen en een Stirlingmotor
5. De windreactor, sen apparaat en werkwijze overeenkomstig conclusie 1 gekenmerkt door de aanpassing dat in het stroomgebied van de opstijgende waterdamp een windturbine is geplaast, Hierdoor wordt deze luchtstroom, bestaande uit waterdamp, benut voor het opwekken van elektrichteit Tekening 4 fig. b.
is - Índien de windturbine uitshitend gebruikt zal worden voor het opwekken van slekiricteit zal de ontstane condensstiewarmie moeten worden afgevoerd, Dat kan door het plaatsen van een luchiventilator die voor koeling zorgt of zen externe koelingsbron, - Jndien de vacuümreactor vitsluitend wordt gebruikt voor de opwekking van elektriciteit kan de condensatiewarmie gebruikt worden ais imoer voor de verdampingswarmie in de warmte-unit, - De koude voor de koelbuis wordt nu geleverd door sen luchtkoeler, - De geproduceerde elekiricitait word? opgeslagen in de accu en doorgegeven, - Door deze voorziening ontstaat sen slektriciteilsopwekkingsmachine dig, na de aanvankelijke opstartbehoefte, grotendeels in zijn egen energiebehoefte kan voorzien, - Het is noodzakelijk om zen manuele gpstartinsteliatie te plaatsen om de begin elektriciteit ter beschikking te hebben.
- Be warmt-unit kan gehandhaafd blijven ter zekerheid.
- Aangezien er ook verliezen zijn, is er waarschijnlijk altijd wel een toevoer van externe energie {warmis en elekiricitelt) nodig. Zie tekening 7 voor een schematische schets, 30
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1043535A NL1043535B1 (nl) | 2020-01-07 | 2020-01-07 | De vacuümverdamper. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1043535A NL1043535B1 (nl) | 2020-01-07 | 2020-01-07 | De vacuümverdamper. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL1043535A NL1043535A (nl) | 2021-08-30 |
| NL1043535B1 true NL1043535B1 (nl) | 2022-06-24 |
Family
ID=74592643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL1043535A NL1043535B1 (nl) | 2020-01-07 | 2020-01-07 | De vacuümverdamper. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| NL (1) | NL1043535B1 (nl) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1571734A (en) * | 1978-05-30 | 1980-07-16 | Breese J | Steam generators using heat pipes |
| DE2946447A1 (de) * | 1979-11-17 | 1981-05-27 | Helmut 6457 Maintal Wiechert | Tangential-dampf-motor |
| WO2014039296A1 (en) * | 2012-09-04 | 2014-03-13 | Micropyretics Heaters International, Inc. | One atmosphere boiler instant superheated steam apparatus and method |
| TWI519268B (zh) * | 2015-04-16 | 2016-02-01 | 羅家慶 | 噴灑式保溫型蒸汽供應裝置及使用其之發電設備 |
| EP3289216B1 (en) * | 2015-04-29 | 2020-02-05 | Intex Holdings Pty Ltd. | A system for generating electrical power from low temperature steam |
| CN104929708B (zh) * | 2015-06-24 | 2016-09-21 | 张高佐 | 一种利用混合组分工质的低温热源热电转换系统及方法 |
-
2020
- 2020-01-07 NL NL1043535A patent/NL1043535B1/nl active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NL1043535A (nl) | 2021-08-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101415940B (zh) | 用于能量转换的方法、装置和系统 | |
| US8196422B2 (en) | Atmospheric water collection device | |
| US5488828A (en) | Energy generating apparatus | |
| KR101109536B1 (ko) | 상변화 매체를 이용한 증발식 해수 담수화 장치 | |
| AU618565B2 (en) | Method of and apparatus for producing power from solar ponds | |
| US4187688A (en) | Solar powered intermittent cycle heat pump | |
| US7905110B2 (en) | Thermal energy module | |
| US4306416A (en) | Closed cycle, hydraulic-turbine heat engine | |
| US8202402B2 (en) | System and method of passive liquid purification | |
| CN101793422A (zh) | 液体循环式供暖系统及其控制方法 | |
| EA031701B1 (ru) | Термосистема аккумулирования тепла | |
| US20190241444A1 (en) | Solar humidifier and dehumidifier desalination method and system for the desalination of saline water | |
| US4231772A (en) | Solar powered heat pump construction | |
| AU2008321057A1 (en) | Vapor compression and expansion air conditioner | |
| NL1043535B1 (nl) | De vacuümverdamper. | |
| AU2005288660B2 (en) | Cooling tower | |
| EP3899213B1 (en) | Heat pump apparatus and district heating network comprising a heat pump apparatus | |
| JP3886045B2 (ja) | 高効率低温集熱パネルとその熱輸送システム | |
| JP2011506819A (ja) | エネルギを媒体に与えるための方法及び装置 | |
| CN110573822B (zh) | 用于无管道蓄热器的、基于蒸发热的热传递 | |
| CN109453611A (zh) | 高温烟汽的冷凝水回收利用系统 | |
| CN206397551U (zh) | 复合动力循环系统及发电系统 | |
| US20120267231A1 (en) | System and method of passive liquid purification | |
| US11150017B2 (en) | Solar chimney-based liquid desiccation system with a thermally-regenerating desiccator | |
| CN209475918U (zh) | 高温烟汽的冷凝水回收利用系统 |