NL9301310A - Inrichting voor het opwekken van energie. - Google Patents

Description

Inrichting voor het opwekken van energie

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het opwekken van energie.

Het is bekend, om energie op te wekken onder gebruikmaking van temperatuurverschillen in de aardkorst of temperatuurverschillen in een vertikale zeewaterkolom. Evenwel zijn hiervoor ontwikkelde inrichtingen zonder uitzondering gecompliceerd van constructie.

De uitvinding beoogt een inrichting voor het opwekken van energie te verschaffen, die een eenvoudige constructie paart aan een voortreffelijke werking.

Hiertoe wordt de inrichting volgens de uitvinding gekenmerkt door een zich tussen de aarde en de atmosfeer uitstrekkend gesloten, een arbeidsmedium bevattend circuit, met een zich ter plaatse van de aarde bevindend verdamperdeel voor het medium, een zich ter plaatse van de atmosfeer bevindend condensordeel, een zich tussen het verdamperdeel en het condensordeel uitstrekkende dampleiding voor het verdampte medium, een zich tussen het condensordeel en het verdamperdeel uitstrekkende vloeistofleiding voor het gecondenseerde medium en op de vloeistofleiding aangesloten, door het gecondenseerde medium aangedreven energie-opwekmiddelen, zoals turbines of dergelijke.

De werking van de inrichting volgens de uitvinding is gebaseerd op het feit, dat tussen de aarde en de hoger gelegen luchtlagen van de atmosfeer een temperatuurverschil heerst. In het algemeen zal de temperatuur van de aarde hoger zijn dan de temperatuur van de atmosfeer (in het bijzonder hooggelegen luchtlagen hiervan). Ter plaatse van de aarde vindt in het circuit, door de hogere temperatuur, een verdamping van het arbeidsmedium plaats, dat vervolgens door de verhoogde druk door de dampleiding opstijgt naar het condensordeel. Aldaar zorgt de heersende locale lagere temperatuur voor een condensatie van het verdampte medium, dat vervolgens in gecondenseerde vloeibare vorm via de geheel of gedeeltelijk gevulde vloeistofleiding omlaag stroomt onder aandrijving van de energie-opwekmiddelen.

Op deze wijze wordt de potentiële en hydraulische energie van het arbeidsmedium omgezet in bruikbare energie, bijvoor- 3 beeld elektriciteit. Van belang zijn derhalve de vloeistofhoogte en het debiet van de gecondenseerde vloeistof. Na het passeren van de energie-opwekmiddelen bereikt het gecondenseerde medium opnieuw het verdamperdeel.

De hoeveelheid vloeistof die naar de energie-opwekmiddelen wordt geleid, is gelijk aan de hoeveelheid vloeistof die in de condensor wordt gecondenseerd, zodat de vloeistofhoogte in de vloeistofleiding konstant wordt gehouden. Temperatuurswisselingen door seizoensinvloeden worden gecompenseerd door kleine variaties van de druk in het systeem of door aanpassing van de samenstelling van het arbeidsmedium.

Constructief geniet een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding de voorkeur, waarbij het condensordeel is aangebracht in een lichter-dan-lucht lichaam, dat door veranker ingselementen, zoals touwen, kabels of dergelijke, aan de aarde is verankerd. Dit lichter-dan-lucht lichaam, dat als het ware als drijflichaam fungeert, kan bestaan uit een met gas gevuld lichaam of ballon. Door een dergelijk lichaam kan het condensordeel verhoudingsgewijs goedkoop op grote hoogte in de atmosfeer worden aangebracht. Een grotere hoogte leidt tot een groter temperatuurverschil, hetgeen een gunstige invloed heeft op het te leveren vermogen van de inrichting.

Het lichter-dan-lucht lichaam bestaat uit een gasdicht lichaam gevuld met een lichter-dan-lucht gas. Bij voorkeur bezit het een bolvorm voor het verkrijgen van een maximale inhoud bij minimaal oppervlak en een minimale aanstroomweerstand in de atmosfeer. De reaktiekrachten ten gevolge van de luchtweerstand kunnen worden opgenomen door verankeringselementen in kombinatie met de opwaartse kracht van het lichaam.

De metalen of kunststof huidplaten van het lichaam worden bevestigd op een spantenconstructie; de spanten zijn onderling verbonden door trekelementen. De huid kan echter ook bestaan uit een ballon. Eventueel is, voor een betere weerstand tegen vervorming, het lichaam voorzien van een lichte inwendige overdruk.

De vervaardiging van het lichaam kan geschieden in een bouwput in de aardbodem. Na voltooiing kan door de toevoer van gas het lichaam opstijgen uit de bouwput. Het vervoer naar de uiteindelijke locatie kan bijvoorbeeld door middel van schepen in ballast geschieden.

Voor de verankeringselementen kunnen moderne kunststof-materialen worden toegepast, die een laag gewicht combineren met hoge sterkte. De verankeringspunten op aarde kunnen (bij toepassing boven zee) bestaan uit open afzinkbare bakken, die na te zijn afgezonken op de zeebodem met ballast kunnen worden verzwaard.

Het gewicht van dampleiding en de vloeistofleiding kan via trekelementen worden gedragen door het lichter-dan-lucht lichaam.

Verder geniet het de voorkeur, dat het condensordeel in het lichter-dan-lucht lichaam grenst aan een zich in vertikale richting door dit lichaam uitstrekkend luchtstromingskanaal, waarin door een luchtstroming aandrijfbare energie-opwekmiddelen zijn geplaatst. In deze uitvoeringsvorm van de inrichting wordt gebruik gemaakt van het fenomeen, dat de ter plaatse van het condensordeel aan de omgeving afgegeven warmte de lucht in het luchtstromingska-naal verwarmt, waardoor door dit kanaal een omhoog gerichte luchtstroming ontstaat, die tegengesteld is gericht aan de vloeistof-stroming door de condensor. Hierdoor wordt een optimale warmteoverdracht bewerkstelligd. Deze luchtstroming kan hoge snelheden bereiken en aldus een effectieve aandrijfbron voor de aldaar toegepaste energie-opwekmiddelen vormen, zoals een windturbine of dergelijke.

Weliswaar zal door de verminderde luchtstroom door het condensorkanaal het hydraulische vermogen iets afnemen, doch dit weegt niet op tegen de extra energie-opbrengst door de windturbine of dergelijke. Het reactiekoppel van de windturbine of door corio-lis-krachten opgewekte koppels kunnen worden gecompenseerd door in het luchtstromingskannal geplaatste luchtroeren.

Het is handig, wanneer de dampleiding en/of de vloeistofleiding uit meer dan één kanaal bestaat. Hierbij is een constructieve vormgeving denkbaar, waarbij een centrale vloeistofleiding met rondom deze geplaatste dampkanalen is toegepast. Echter ook andere rangschikkingen van de dampleiding en/of de vloeistofleiding zijn denkbaar.

De voor het verdampen van het arbeidsmedium in het ver-damperdeel benodigde warmte is afkomstig van de aarde; dit betekent dat het verdamperdeel zich bij voorkeur onder het aardoppervlak, zoals onder water of onder een ander medium met voldoende warmte-inhoud, bevindt. Een zich onder water bevindend verdamper- deel kan zich in zee, doch ook in een rivier of dergelijke bevinden. Doch ook is het denkbaar, dat het verdamperdeel in de bodem (bijvoorbeeld woestijnbodem) is geplaatst.

Overeenkomstig de uitvinding kan als arbeidsmedium butaan, buteen of een ander een laag kookpunt bezittend medium worden toegepast. Ook een mengsel van stoffen is denkbaar, dat zich via een mediumscheider automatisch instelt in een optimale konfi-guratie afhankelijk van seizoensinvloeden. Hierbij is het essentieel, dat een verdamping van het arbeidsmedium reeds optreedt bij de temperatuur, welke heerst ter plaatse van het verdamperdeel.

Dit kan, naar menselijke begrippen, een lage temperatuur zijn, bijvoorbeeld 5eC.

Het nuttig effekt van de inrichting volgens de uitvinding kan verder worden verbeterd door een deel van de vloeistof-stroom na het passeren van de energie-opwekkers onverdampt direct toe te voeren aan de dampleiding. Hierdoor wordt bereikt, dat de damp ter hoogte van de condensor vrijwel de condensatietemperatuur bezit en nagenoeg geen warmte aan de damp moet worden onttrokken om deze op de condensatietemperatuur te brengen. Tevens kan de hoge snelheid van de dampdeeltjes worden gebruikt om vloeistof-deeltjes van het arbeidsmedium vanaf het aardoppervlak naar de condensor te voeren. Op deze wijze kan het proces worden geoptimaliseerd.

De uitvinding wordt hierna nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin een uitvoeringsvoorbeeld van de inrichting volgens de uitvinding is weergegeven.

Fig. 1 toont, in doorsnede, een schematisch zijaanzicht van een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding, en fig. 2 toont op grotere schaal details volgens de omcirkelde gebieden II in fig.l.

De in fig. 1 getoonde inrichting voor het opwekken van energie bestaat in principe uit een met gas gevuld lichaam of ballon l, dat met verankeringskabels 2 aan het aardoppervlak is bevestigd, en een met het lichaam 1 verbonden gesloten circuit, bestaande uit een aantal verdamperdelen 3, zich vanaf elk verdamperdeel 3 omhoog naar de ballon 1 uitstrekkende dampkanalen 4 en een zich vanaf de ballon 1 omlaag naar de verdamperdelen 3 uitstrekkende vloeistofleiding 5.

Ter plaatse van het lichaam 1 vormen de dampkanalen 4 en de vloeistofleiding 5 een condensordeel, waarin door de dampkanalen 4 opstijgende damp wordt gecondenseerd.

De manier waarop het condensordeel in de getoonde uitvoeringsvorm aan het lichaam is bevestigd, is schematisch in fig.2 getoond. Hiertoe kunnen op zichzelf bekende constructieve middelen worden toegepast, zoals radiale spaken 11, die met hun buitenste uiteinden zijn verbonden met het lichaam 1 en die het condensordeel dragen.

De verdamperdelen 3 bevinden zich onder de waterspiegel 6 van een zee, meer of rivier. Alhoewel in de tekening slechts twee verdamperdelen 3 zijn weergegeven, kan dit aantal naar wens worden gevarieerd.

De verdamperdelen worden ondersteund door een ondersteuning, zoals poten 12.

In de vloeistofleiding 5 bevindt zich nabij het onderste uiteinde daarvan een turbine of generator 7. Deze generator 7 wordt aangedreven door het door de vloeistofleiding 5 omlaag stromende gecondenseerde medium. Met behulp van de generator 7 kan energie worden opgewekt, bijvoorbeeld elektriciteit.

Alhoewel in de tekening slechts één vloeistofleiding 5 is weergegeven, bestaat natuurlijk ook de mogelijkheid, om een groter aantal toe te passen. Het is bijvoorbeeld denkbaar, dat het aantal gelijk is aan het aantal dampkanalen, zodat een groot aantal afzonderlijke gesloten circuits ontstaan. In geval van calamiteiten of storingen blijft dan altijd een gedeelte van het vermogen beschikbaar. Vanzelfsprekend moet in een dergelijk geval ook het aantal generatoren worden aangepast.

Het lichaam of ballon 1 bezit een zich in verticale richting uitstrekkend luchtstromingskanaal 8, waarin het door de bovenste uiteinden van de dampkanalen 4 en de vloeistofleiding 5 gevormde condensordeel is opgenomen. Ter plaatse van het bovenste uiteinde van dit luchtstromingskanaal 8 is een door de luchtstroming aandrijfbare windturbine 9 of dergelijke aangebracht. De door de condensatie van het medium in de condensor afgegeven warmte verwarmt de lucht in het luchtstromingskanaal 8, waardoor deze lucht opstijgt en een van beneden naar boven door het luchtstromingskanaal 8 gerichte luchtstroom ontstaat. Deze luchtstroom kan de windturbine 9 aandrijven, waarmee opnieuw energie kan worden opgewekt, bijvoorbeeld elektriciteit.

Aan de onderzijde van het lichaam 1 kunnen geleidings-schoepen (niet getoond) zijn aangebracht om een zijdelingse lucht-toestroming naar de onderzijde van het luchtstromingskanaal 8 te waarborgen.

In fig. 2 zijn de omcirkelde delen II in fig. 1 weergegeven. Zichtbaar zijn het lichaam 1 met het hierin gevormde centrale luchtstromingskanaal 8, de vloeistofleiding 5 en een aantal rondom de vloeistofleiding 5 gelegen dampkanalen 4. De detail-weergave rechts beneden in fig.2 toont, dat in het condensordeel een groot aantal concentrische ringvormige vloeistofkanalen 13 is gevormd, die via verzamelleidingen 14 uitmonden in de vloeistof-leiding 5. Aan hun bovenzijde zijn de vloeistofkanalen 13 verbonden met de dampkanalen 4.

De in fig. 1 getoonde uitvoeringsvorm van de inrichting is met het verdamperdeel 3 in een zee, meer of rivier geplaatst. Evenwel is het ook mogelijk, dat dit verdamperdeel 3 onder de grond wordt geplaatst, zoals rechts in fig. 1 schematisch gestippeld is aangeduid. De principiële werking van de inrichting verandert hierdoor niet.

Het theoretische vermogen van de inrichting volgens de uitvinding hangt af van het hoogteverschil tussen het condensor-deel ter plaatse van het lichaam 1 en de verdamperdelen 3 alsmede van de hoeveelheid gecondenseerd arbeidsmedium per tijdseenheid. Derhalve zal er naar worden gestreefd om het lichaam 1 op een zo groot mogelijke hoogte aan te brengen.

Met behulp van een vloeistofregelorgaan 10 (zie fig.l) kan de damptemperatuur ter hoogte van de condensor net boven de condensatietemperatuur worden ingesteld.

De uitvinding is niet beperkt tot de in het voorgaande beschreven uitvoeringsvorm, die binnen het kader der uitvinding op velerlei wijzen kan worden gevarieerd.

Claims (8)

1. Inrichting voor het opwekken van energie, gekenmerkt door een zich tussen de aarde en de atmosfeer uitstrekkend gesloten, een arbeidsmedium bevattend circuit, met een zich ter plaatse van de aarde bevindend verdamperdeel voor het medium, een zich ter plaatse van de atmosfeer bevindend condensordeel, een zich tussen het verdamperdeel en het condensordeel uitstrekkende dampleiding voor het verdampte medium, een zich tussen het condensordeel en het verdamperdeel uitstrekkende vloeistofleiding voor het gecondenseerde medium en op de vloeistofleiding aangeloten, door het gecondenseerde medium aangedreven energie-opwekmiddelen, zoals turbines of dergelijke.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het condensordeel is aangebracht in een lichter-dan-lucht lichaam, dat door verankeringselementen, zoals touwen, kabels of dergelijke, aan de aarde is verankerd.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het lichter-dan-lucht lichaam een met gas gevuld lichaam of ballon is.

4. Inrichting volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat het condensordeel in het lichter-dan-lucht lichaam grenst aan een zich in vertikale richting door dit lichaam uitstrekkend luchtstromingskanaal, waarin door een luchtstroming aandrijf bare energie-opwekmiddelen zijn geplaatst.

5. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de dampleiding en/of de vloeistofleiding uit meer dan één kanaal bestaat.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat een centrale vloeistofleiding met rondom deze geplaatste dampkana-len is toegepast.

7. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het verdamperdeel zich onder het aardoppervlak, zoals onder water, bevindt.

8. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat als arbeidsmedium butaan, buteen of een ander een laag kookpunt bezittend medium wordt toegepast.