NL2015853B1 - Inrichting en werkwijze voor het terugwinnen van energie. - Google Patents

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op een Inrichting voor het terugwinnen van energie voor positionering tegen een warmtebron, omvattende ten minste een in warmtewisselend contact met de warmtebron te plaatsen afgesloten buis welke een eerste medium omvat voor het door de vloeistof opnemen van warmte van de warmtebron, waarbij de buis zich tijdens gebruik uitstrekt van een relatief onderste positie naar een relatief hoogste positie. De inrichting wordt gekenmerkt doordat de buis nabij de relatief hoogste positie in warmtewisselend contact staat met een houder met een tweede medium voor het onttrekken van warmte aan het eerste medium, waarbij het eerste medium tijdens gebruik ten minste gedeeltelijk in vloeibare toestand is.

Description

INRICHTING EN WERKWIJZE VOOR HET TERUGWINNEN VAN ENERGIE

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting volgens de aanhef van conclusie 1. Tevens heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze onder toepassing van deze inrichting.

Een dergelijke inrichting is in de techniek bekend. Bijvoorbeeld zijn warmtewisselaars bekend die uit een koelwaterstroom van energiecentrales warmte onttrekken voor hergebruik in een ge-bruiksstroom, zoals voor stadsverwarming.

Deze bekende inrichting heeft als nadeel dat er grote warmte-stromen vereist zijn om het terugwinnen van energie rendabel te maken. Reden hiervoor is dat er pompen vereist zijn om zowel het medium van de warmtebron als het medium van de gebruiksstroom te laten vloeien.

In de techniek is er geen methode bekend om dit nadeel op te heffen.

De uitvinding heeft nu tot doel een verbeterde inrichting van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen.

In het bijzonder heeft de uitvinding tot doel een inrichting van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen die in hoofdzaak geen toevoer van elektrische energie behoeft om de media te laten vloeien.

Tevens heeft de uitvinding tot doel een verbeterde inrichting van de hiervoor genoemde soort te verschaffen die in kleine warmtebronnen efficiënt toegepast kan worden.

Ter verkrijging van ten minste een van de hiervoor genoemde voordelen, verschaft de uitvinding volgens een eerste uitvoeringsvorm een inrichting die de maatregelen van conclusie 1 bevat. Deze inrichting heeft het voordeel dat er geen pomp vereist is om het medium dat warmte onttrekt aan de warmtebron te doen vloeien.

Tevens is gebleken dat de inrichting volgens de uitvinding een zeer efficiënte werkwijze verschaft waarbij de warmteoverdracht uitstekend is. In hoofdzaal alle toegevoerde energie kan middels de inrichting volgens de uitvinding worden gebruikt voor hergebruik. Een dergelijke synergetische werking is volkomen on- verwacht.

Derhalve heeft de uitvinding betrekking op een inrichting voor het terugwinnen van energie voor positionering tegen een warmtebron, omvattende ten minste een in warmtewisselend contact met de warmtebron te plaatsen afgesloten buis welke een eerste medium omvat voor het door de vloeistof opnemen van warmte van de warmtebron, waarbij de buis zich tijdens gebruik uitstrekt van een relatief onderste positie naar een relatief hoogste positie, welke inrichting wordt gekenmerkt doordat de buis nabij de relatief hoogste positie in warmtewisselend contact staat met een houder met een tweede medium voor het onttrekken van warmte aan het eerste medium, waarbij het eerste medium tijdens gebruik ten minste gedeeltelijk in vloeibare toestand is. Het eerste medium zal door toevoer van warmte vanuit de warmtebron ten minste gedeeltelijk verdampen en naar boven in de buis stijgen. Daar zal de damp in aanraking komen met het tweede medium dat een tweede temperatuur heeft die lager is dan de temperatuur van het verdampte eerste medium. In het bijzonder zal de tweede temperatuur lager zijn dan de condensatietemperatuur van het eerste medium. De condensatietem-peratuur is onder andere afhankelijk van het type medium en de in de buis heersende druk. Een deskundige in de techniek in eenvoudig in staat om op basis van de temperatuur van de warmtebron en de temperatuur van het tweede medium een type medium en druk te vinden die voor de gebruikte toepassing geschikt is.

Het heeft de voorkeur dat de inrichting meerdere buizen omvat. In het bijzonder zal de inrichting zodanig kunnen zijn uitgevoerd dat de warmtebron in hoofdzaak geheel is afgedekt door de inrichting volgens de uitvinding. Het heeft de voorkeur dat de door de inrichting te onttrekken hoeveelheid warmte in hoofdzaak gelijk zal zijn aan de door de warmtebron aangeboden warmte-energie. Dit levert een meest optimale efficiëntie. De inrichting zal derhalve doorgans meer dan een enkele buis omvatten.

De voorkeur gaat uit naar een inrichting waarbij de ten minste ene buis tijdens gebruik verticaal of schuin gepositioneerd is. Een hoek van met name 5° tot maximaal 60° ten opzichte van de verticaal heeft de voorkeur, in het bijzonder tussen 5° en 30°, met meer voorkeur tussen 5° en 20°. Hierdoor wordt een optimale terugstroming van het gecondenseerde medium verkregen.

Om een eenvoudige instandhouding van het eerste medium en een grote bedrijfszekerheid te verschaffen heeft het de voorkeur dat het eerste medium tijdens gebruik deels vloeibaar en deels gasvormig is.

Om een grote warmteoverdracht te kunnen verschaffen heeft het eerste medium bij voorkeur een verdampingswarmte die ten minste 8 J/kg bedraagt.

Een grote warmteoverdracht van de warmtebron naar de buizen die het eerste medium bevatten zal worden verkregen wanneer de inrichting warmtegeleidende contactvlakken omvat voor transport van de warmtebron naar de ten minste ene buis.

Om geen warmteverlies naar de omgeving te induceren, heeft het de voorkeur dat de inrichting een warmte-isolerende afdekking omvat voor het van de omgeving isoleren van de warmtebron en de inrichting.

Een geschikte omzetting van de gasfase naar de vloeistoffase van het eerste medium wordt verkregen indien de buis nabij de positie waar die in warmtewisselend contact staat met de houder voor het tweede medium, een condensor omvat.

Het is gebleken dat de inrichting met name efficiënt werkt indien de houder voor het tweede medium een transportbuis voor water omvat. Bij voorkeur zal de houder een leiding voor drinkwater zijn, dat volgens een standaard installatiemethode als koudwater-leiding wordt toegevoerd aan een watertappunt, een douche, een wasmachine, een afwasmachine, een geiser, een douche-CV of andere inrichting waarin koud water wordt verwarmd. Daardoor wordt een aanzienlijke besparing verkregen bij het verwarmen van het water. Uiteraard kan het opgewarmde water in de transportbuis voor het tweede medium ook worden gebruikt voor ruimteverwarming. Eventueel kan hiervoor een specifieke, geschikte warmtewisselaar worden gebruikt, zoals een spiraal- of platen-warmtewisselaar. De houder voor het tweede medium zal hierbij water bevatten dat in warmtewisselend contact met de buis met het eerste medium wordt gehouden, en derhalve in warmtewisselend contact met het eerste medium.

Water heeft een grote verdampingswarmte van meer dan 2 J/kg. Ammonia en alcohol hebben eveneens een relatief hoge verdampings- warmte. Op overeenkomstige wijze heeft het de voorkeur dat het eerste medium water, ammonia of alcohol (bijvoorbeeld ethanol) omvat .

In beide gevallen kan het water toeslagen omvatten om oxidatie van de buizen en houder te voorkomen.

Om middels een alternatieve uitvoeringsvorm een optimaal gebruik te verkrijgen van de warmte-energie die aan de warmtebron is onttrokken en via het eerste medium aan het tweede medium is overgebracht, is de transportbuis voor het tweede medium bij voorkeur opgenomen in een warmtekracht circuit met een warmtepomp voor het onttrekken van warmte aan het tweede medium.

Volgens een verder aspect heeft de uitvinding tevens betrekking op een werkwijze voor het onttrekken van energie aan een warmtebron onder toepassing van een inrichting volgens een der conclusies 1 - 10, omvattende de stappen van: het in warmtewisse-lend contact met de warmtebron plaatsen van ten minste een buis welke een eerste medium omvat dat deels in vloeibare toestand en deels in gasvormige toestand is, waarbij de buis van een horizontale positie afwijkende positie is geplaatst; het toevoeren van warmte van de warmtebron aan het eerste medium voor het op een eerste temperatuur brengen van het eerste medium en het ten minste gedeeltelijk verdampen van het medium; het in warmtewisselend contact brengen van de ten minste ene buis nabij een hoogste positie daarvan met een houder dat een tweede medium omvat en dat een lagere temperatuur heeft dan de genoemde eerste temperatuur; het toevoeren van warmte van het eerste medium aan het tweede medium voor het op een tweede temperatuur brengen van het tweede medium en het ten minste gedeeltelijk doen condenseren van het eerste medium. Met deze werkwijze worden de voordleen verkregen zoals hiervoor genoemd in verband met de inrichting volgens de uitvinding.

In het bijzonder kunnen de voorkeuren zoals die worden genoemd in verband met de inrichting alle worden geïmplementeerd in de werkwijze volgens de uitvinding.

Hierbij heeft het met name de voorkeur dat de beide media water omvatten.

De uitvinding zal hierna aan de hand van een tekening nader worden uitgelegd. De tekening toont hierbij in:

Fig. 1 een schematisch vooraanzicht van een eerste uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding,

Fig. 2 een schematisch bovenaanzicht van de inrichting volgens Fig. 1,

Fig. 3 een schematisch vooraanzicht van een tweede uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding,

Fig. 4 een schematisch bovenaanzicht van de inrichting volgens Fig. 3,

Fig. 5 een schematisch zijaanzicht in doorsnede van een inrichting volgens de uitvinding, en

Fig. 6-9 varianten van de inrichting volgens de uitvinding.

In de figuren zijn dezelfde onderdelen middels dezelfde ver-wijzingscijfers aangeduid. Echter, de voor een praktische uitvoering van de uitvinding noodzakelijke onderdelen zijn niet alle getoond, vanwege de eenvoud van de weergave.

Fig. 1 toont een inrichting 1 welke achter een koelkast is geplaatst. De inrichting 1 is in warmtewisselend contact geplaatst met de leiding 2 met compressiemiddel van de koelkast, welke als warmtebron 3 dienst doet. Zoals in Fig. 2 is getoond is een omkas-ting 4 voorzien die de inrichting 1 opsluit tegen de warmtebron 3. Hierdoor wordt warmteverlies naar de omgeving voorkomen en zal in hoofdzaak alle warmte-energie van de koelkast 2 door de inrichting 1 kunnen worden opgenomen.

De uitvinding kan worden gebruikt voor het onttrekken van warmte aan een groot aantal warmte-producerende apparaten, waarvan de warmte ongebruikt weglekt of waarvan de warmte zelfs ongewenst is. Voorbeelden zijn, zonder enige beperking, koelkasten, diepvriezers, airco's, wasdrogers, mechanische ventilatoren et cetera.

De buizen 5 van de inrichting 1 volgens de uitvinding zijn gesloten buizen 5 waarin een medium is opgenomen dat deels in de vloeibare en deels in de gasvormige toestand is. Door opname van warmte-energie van de warmtebron 3 zal en deel van de vloeibare medium, in deze beschrijving ook aangeduid als vloeistof, verdampen. Vanwege het lagere gewicht van het gas ten opzichte van de vloeistof zal het gas naar een hoger positie in de buis 5 verplaatsen, waardoor het in warmtewisselend contact komt met de hou- der 6. In de houder 6 is een tweede medium opgenomen dat zich in de getoonde uitvoeringsvorm verplaatst in de richting van de pijl 7. Doordat de temperatuur van het tweede medium lager is dan van het dampvormige tweede medium zal het tweede medium warmte-energie opnemen vanuit het eerste medium. Het eerste medium zal afkoelen tot een temperatuur die lager is dan het condensatiepunt daarvan, waardoor het via de binnenwand van de buis naar beneden stroomt.

In Fig. 3 toont een alternatieve uitvoeringsvorm waarbij alle buizen 5 onder een in hoofdzaak identieke hoek ten opzichte van de verticaal staan. Dit levert een consistent gedrag van alle buizen 5. Hoewel vier buizen 5 zijn getoond, kunnen meer buizen 5 worden geplaatst, bijvoorbeeld een gelijk aantal buizen 5 als is getoond in Fig. 1, waarbij ervan uit wordt gegaan dat de beide inrichtingen 1 in Fig. 1 en Fig. 3 even groot zijn.

Fig. 4 toont een bovenaanzicht van de inrichting 1 volgens Fig. 3.

Fig. 5 toont ten slotte een doorsnede waarbij een condensor 8 is getoond, welke bovenin de houder 6 is voorzien.

Fig. 6 toont een schematisch stroomschema waarbij water vanuit een drinkwateraansluiting 9 naar de inrichting 1 wordt geleid door de houder 6 heen. Nadat het water is opgewarmd in de inrichting 1 kan het bijvoorbeeld worden toegevoerd aan een geiser 10 waar een verdere opwarming plaatsvindt ter verkrijging van dou-chewater of heet tapwater 12. Vanwege de opwarming in de inrichting 1 zal een aanzienlijke energiebesparing kunnen plaatsvinden. Ook kan het in de inrichting 1 opgewarmde water rechtstreeks aan een kraan 11 worden toegevoerd, wat met name in de winterperiode prettig is vanwege de inherent lage temperatuur van water uit de drinkwateraansluiting 9.

Fig. 7a toont een variant van de inrichting 1 waarbij het medium in de buizen 5 wordt verwarmd middels verwarmde lucht uit een wasdroger 13. Als alternatief kan een mechanische ventilatie dienen als warmtebron 13. De warme lucht 14 wordt in warmtewisselend contact gebracht met de buizen 5 waardoor het medium in de buizen 5 wordt opgewarmd. De ten minste gedeeltelijk afgekoelde lucht 16 wordt na afgifte van de warmte aan de buizen 5 afgevoerd naar buiten 15 toe. Fig. 7b toont een schematisch achteraanzicht van de inrichting 1 zoals getoond in Fig. 7a. De aansluitingen 17, 18 kunnen optioneel aan schuin tegenover elkaar gelegen hoeken 19, 20 van de inrichting 1 worden voorzien.

Fig. 8a en Fig. 8b tonen elk respectievelijk een zijaanzicht en achteraanzicht van de inrichting 1, welke is ingericht voor plaatsing aan de achterzijde 21 van een koelkast, ijskast, vriezer, of airco 22.

Fig. 9a en Fig. 9b tonen ten slotte respectievelijk een inrichting 1 voor het verwarmen van zowel drinkwater dat aan een wa-tertappunt wordt toegevoerd als water dat aan een ruimteverwar-mingsinrichting word toegevoerd. De variant volgens Fig. 9a toont een uitvoeringsvorm waarbij door de houder 6 verwarmingswater 23 wordt gevoerd, voor het verwarmen van een ruimte (niet getoond). Parallel daaraan wordt op te warmen tapwater 24 door de houder 6 heen geleid middels een afgesloten leiding 25.

In de variant volgens Fig. 9b is de situatie omgedraaid en wordt op te warmen tapwater via de houder 6 gevoerd en verwarmingswater 23 door een leiding 26 welke door de houder 6 heen is geleid.

De uitvinding is niet beperkt tot de hiervoor beschreven en in de figuren getoonde uitvoeringsvormen. De uitvinding wordt slechts beperkt door de bijgevoegde conclusies.

De uitvinding strekt zich tevens uit over elke combinatie van maatregelen die hiervoor onafhankelijk van elkaar zijn beschreven.

Claims (12)

1. Inrichting voor het terugwinnen van energie voor positionering tegen een warmtebron, omvattende ten minste een in warmtewisselend contact met de warmtebron te plaatsen afgesloten buis welke een eerste medium omvat voor het door de vloeistof opnemen van warmte van de warmtebron, waarbij de buis zich tijdens gebruik uitstrekt van een relatief onderste positie naar een relatief hoogste positie, met het kenmerk, dat de buis nabij de relatief hoogste positie in warmtewisselend contact staat met een houder met een tweede medium voor het onttrekken van warmte aan het eerste medium, waarbij het eerste medium tijdens gebruik ten minste gedeeltelijk in vloeibare toestand is.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de ten minste ene buis tijdens gebruik verticaal of schuin gepositioneerd is.

3. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij het eerste medium tijdens gebruik deels vloeibaar en deels gasvormig is.

4. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de verdampingswarmte ten minste 8 J/kg bedraagt.

5. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de inrichting warmtege-leidende contactvlakken omvat voor transport van de warmtebron naar de ten minste ene buis.

6. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de inrichting een warm-te-isolerende afdekking omvat voor het van de omgeving isoleren van de warmtebron en de inrichting.

7. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de ten minste ene buis nabij de houder voor het tweede medium een condensor omvat.

8. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de houder voor het tweede medium een transportbuis voor water omvat.

9. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij het eerste medium water, ammonia of alcohol omvat.

10. Inrichting volgens conclusie 8, waarbij de transportbuis is opgenomen in een warmtekracht circuit met een warmtepomp voor het onttrekken van warmte aan het tweede medium.

11. Werkwijze voor het onttrekken van energie aan een warmtebron onder toepassing van een inrichting volgens een der conclusies 1 -10, omvattende de stappen van: het in warmtewisselend contact met de warmtebron plaatsen van ten minste een buis welke een eerste medium omvat dat deels in vloeibare toestand en deels in gasvormige toestand is, waarbij de buis van een horizontale positie afwijkende positie is geplaatst; het toevoeren van warmte van de warmtebron aan het eerste medium voor het op een eerste temperatuur brengen van het eerste medium en het ten minste gedeeltelijk verdampen van het medium; het in warmtewisselend contact brengen van de ten minste ene buis nabij een hoogste positie daarvan met een houder dat een tweede medium omvat en dat een lagere temperatuur heeft dan de genoemde eerste temperatuur; het toevoeren van warmte van het eerste medium aan het tweede medium voor het op een tweede temperatuur brengen van het tweede medium en het ten minste gedeeltelijk doen condenseren van het eerste medium.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, waarbij de beide media water omvatten.