NL1039015C2 - Gecombineerde warmte afvoer. - Google Patents

Description

Gecombineerde warmte afvoer

Deze uitvinding beschrijft de mogelijkheid van een gecombineerde warmte/koude energie afvoer in een koel of verwarmingssysteem/inrichting. Kenmerkend hiervoor is dat deze de functie heeft warmte te ontrekken aan 5 een bepaald medium en deze naar een ander medium over te dragen en of te transporteren. Daarbij is het bijzondere van deze uitvinding dat tenminste één warmte afvoer inrichting eventueel tijdelijk minder warmte afdracht heeft dan er aan warmte wordt onttrokken aan de koude kant. Dit wordt mogelijk gemaakt door het toepassen van een secundaire warmte afvoer inrichting.

10 Deze is in het bijzonder geschikt wanneer een dergelijk systeem is uitgevoerd met Peltier elementen en temperatuur aan de warme kant niet te veel mag oplopen ten opzichte van de koude kant.

In dit document wordt koude energie ook als warmte energie worden 15 beschouwd. Een “warmte afvoer inrichting” is hier in een manier of methode, uitgevoerd in een inrichting, systeem, apparaat of een medium, dat energie van de primaire koeler kan opnemen. Het opnemen van energie van de primaire koeler kan gezien worden als een vorm van “afgifte” maar ook als een vorm van “opslag”. De energie is immers ontrokken aan de primaire lus. 20 Verschillende type manieren van warmte afgifte inrichtingen zijn bijvoorbeeld: radiator, radiator/radiateur met ventilator, koelvin, koelblok, warmte opslag buffer zoals een reservoir of buffervat, warmte geleiding blok, heat-pipes, dunne draad radiator, fase overgang materiaal (PCM), ijsblokken, koude plaat, absorptie systeem, verdamping systeem, verdamping koeler, 25 warmte wisselaar, vloeistof warmte wisselaar, compressor systeem, open lus, dispenser, aardradiator, vervanging van warmte afdracht vloeistof bijvoorbeeld middels kraanwater, omgevingswater, grondwater, proceswater 1 o 3 9 q 15 2

Wanneer een koelsysteem nader wordt beschouwd, wordt duidelijk dat een dergelijk systeem altijd energie van de ene materie/medium/lichaam, naar een andere materie/medium/lichaam moet overgedragen. Vaak wordt de warmte afgegeven aan de “omgeving” (dikwijls de omgevingslucht/buitenlucht). Dit 5 wordt doorgaans middels een radiator gerealiseerd welke hiervoor specifiek ontworpen voor is. Deze kan eventueel met een ventilator worden uitgevoerd om een betere warmte overdracht te realiseren. Uiteraard bestaan er ook andere mogelijkheden en componenten om dit te realiseren. Zo wordt bij maritieme toepassingen dit veelal gedaan door de warmte-energie af te geven 10 aan bijvoorbeeld omgevingswater zoals rivieren, zeeën e.d.. Dikwijls wordt hiervoor gekozen omdat hier beter/efficiënter de warmte aan afgegeven kan worden omdat water een veel grotere warmtecapaciteit heeft. Er bestaan uiteraard ook nog veel andere manier zoals afgifte aan proces water, water uit de waterleiding enz. Ook kunnen andere methodes worden ingezet om 15 warmte weg te voeren/op te slaan ten behoeve van de primaire lus. Dit kan gerealiseerd worden met bijvoorbeeld verdampingstechniek, hybride systemen, opslag in PCM-materialen (materialen die tijdens dit proces een faseverandering ondergaan), aardradiator, enz.

20 Er wordt bij een regulier koelsysteem dan ook altijd een eenzijdige keuze gemaakt welke manier van energie afvoeren in het systeem wordt toegepast. Omdat in de meeste gevallen een koel- of verwarmingssysteem wordt gebruikt om continu te gebruiken, is het noodzakelijk dat er ook continue energie/warmte afgevoerd wordt en dat deze warmte afgifte unit het gehele 25 vermogen direct kan afvoeren.

Door deze keuze is het noodzakelijk om een configuratie en omvang van het systeem te kiezen welke direct alle warmte kan afdragen.

3

Warmte buffer i.p.v. koude buffer

Vaak worden koelsystemen ontworpen met de gedachte dat er continu koeling is vereist. Omdat het koude vermogen soms tijdelijk erg hoog kan zijn t.o.v.

5 het beschikbare koelvermogen, wordt er gebruik gemaakt van een koude buffer. Deze buffer wordt aangesproken als er behoefte aan koeling is. Toch komen er veel situaties voor waarbij er behoefte is aan tijdelijke koeling in plaats van continue koeling. Denk daarbij aan bepaalde behandelschema’s, tapsystemen en dergelijke. In dit soort gevallen wordt er in de tijd dat er geen 10 afname is van koeling, een koude buffer opgebouwd.

Veel koel/verwarmingssystemen die in eerste instantie continu systemen lijken of worden gekarakteriseerd als continue systemen, zijn in dit in feite niet.

15 Als we continue koeling in dit document beschouwen als bijvoorbeeld de koelingen die 24 uur maal 365 dagen per jaar actief aan het koelen zijn, zoals bijvoorbeeld voor koelkasten voor levensmiddelen het geval moet zijn, zijn ineens veel bekende systemen niet meer een continue proces, en kunnen daarom in principe dan aangemerkt en opnieuw beschouwd worden als 20 “tijdelijke koeling”.

Een airco voor een auto is in principe (en praktijk) dus geen continue koeling maar een koeling die tijdens het rijden wordt aangesproken. Het is dus veel waarschijnlijker dat deze koeling maximaal 8 uur per dag wordt aangezet (rijtijd) dan 24 uur.

25 Als we spreken over discontinu koeling als zijnde “tijdelijke koeling”, moet er binnen de tijd dat het systeem aanstaat, de onttrokken warmte worden afgevoerd/opgeslagen. Is er na de ingeschakelde tijd, een bepaalde tijd dat het 4 koelsysteem uitstaat, dan zou deze tijd gebruikt kunnen worden om een warmte buffer/opslag af te bouwen.

Veel koelsystemen werken met een buffer van koude waaruit koude materie onttrokken kan worden als er vraag is naar koeling. Het betreft dan meestal 5 een koude buffer. Bijvoorbeeld een koude hoeveelheid water dat voor biertapinstallaties wordt gebruikt om uiteindelijk het getapte bier te koelen, of een gehele liter koude limonade in de koelkast terwijl er maar een glas (0,25 liter) wordt afgenomen.

De reden dat men voor een dergelijke oplossing kiest heeft mede te danken ïo aan het feit dat het koelvermogen niet voldoende is om een dergelijke hoeveelheid te leveren in het gewenste korte tijdsbestek. Een mogelijke reden hiervoor is het feit dat de warmte die bij koelen ontstaat niet binnen hetzelfde tijdsbestek afgevoerd kan worden en/of dat het koelsysteem het benodigde/gevraagde koelvermogen niet aankan.

15

Een oplossing hiervoor zit geïntegreerd in de onderhavige uitvinding. Hierbij wordt de warmte overgedragen in een medium, bijvoorbeeld een vloeistof zoals water. Door de hoeveelheid water nu opzettelijk te vergroten, dat wil zeggen meer dan noodzakelijk is dan voor het rondpompen en of 20 transporteren van warmte, ontstaat dus door de groter hoeveelheid massa een grotere potentiële warmtecapaciteit, waar warmte energie in opgeslagen kan worden. Dit kan verhoogd worden met andere combinaties zoals bijvoorbeeld, aardradiator (waarbij een plaatselijk stuk grond wordt aangewend als opslagcapaciteit), PCM materiaal (materiaal dat een fase verandering 25 ondergaat bij een bepaalde temperatuur waardoor de warmtecapaciteit t.o.v. de hoeveelheid materie/massa/omvang vergroot wordt) of de warmte af te geven aan andere media en/of systemen.

5

Het warmte buffer waarbinnen de energie is opgeslagen kan dan op een later tijdstip, over een langere periode en/of middels andere systemen worden afgevoerd. De voorraad heeft dan een hogere temperatuur waardoor de energie eenvoudig naar “de omgeving” kan toestromen en waarbij het 5 reservoir weer terug komt op de oorspronkelijke waarde die dikwijls gelijk is aan de omgevingstemperatuur.

In de meeste huidige systemen is het niet mogelijk, te complex of niet wenselijk om de warmte op te slaan. Met watergekoelde Peltier systemen is deze oplossing veel dichterbij en veel beter praktisch uitvoerbaar.

10

Met de onderhavige uitvinding kan een koel/verwarmingssysteem worden uitgevoerd met een warmte buffer. Dat wil zeggen dat een grote hoeveelheid warmte vanuit het koel/verwarmingssysteem, wordt opgeslagen in een bepaalde buffer/voorraad welke later kan worden afgevoerd.

15 Hierbij kan een extra hoeveelheid vloeistof/water voor het warmte buffer toegepast worden wat kan gezien worden als een combinatie van warmte afvoer/opslag (kan namelijk ook vervangen worden door bv een PCM) en dus als gecombineerde warmte afVoer. De afVoer kan ook gerealiseerd worden door binnen het koelsysteem de warmte terug te transporteren naar de plek 20 waar deze oorspronkelijk vandaan kwam. De eventuele extra hoeveelheid energie die wordt geproduceerd voor deze omzetting, kan mogelijk ook middels een van de warmte-afvoer systemen worden afgevoerd.

Doordat de warmte in een buffer is opgeslagen, en ook na de tijdsduur van de tijdelijke koeling afgevoerd kan worden, kunnen hierdoor verschillende 25 nieuwe mogelijkheden met bijbehorende voordelen ontstaan. Zo kan de koeling volledig uitstaan en wordt er geen (elektrische)energie meer gevraagd terwijl het natuurlijk thermisch evenwicht zich hersteld (warmte energie stroom van het warmte buffer terug naar de omgeving, welke kouder is dan 6 het warmte buffer. Dit kan eventueel bevorderd worden door stroming, geleiding, straling te bevorderen van het warmteopslag medium). Dit kan geruisloos en energie efficiënt gerealiseerd worden, waarbij er eventueel andere systemen kunnen worden bijgeschakeld.

5 Er kan dus een totaal systeem worden geconfigureerd waarbij de verschillende karakteristieke eigenschappen van de mogelijke warmte afvoer inrichtingen en systemen met elkaar gecombineerd worden om een zo innovatief systeem te configureren waarbij verschillende aspecten zoals efficiëntie, flexibiliteit, duurzaamheid, geluidsproductie enz. van belang 10 kunnen zijn.

Indien er een mogelijkheid is gecreëerd om binnen een kort tijdsbestek veel warmte energie af te geven, ontstaat daarmee ook de mogelijkheid om veel koude te produceren. Wanneer er, in het bijzonder gebruik gemaakt wordt van 15 Peltier elementen, welke binnen enkele seconde maximale koelprestatie kunnen geven, en de warmte die deze Peltier elementen tijdens het koelproces afgeven efficiënt kan worden weggevoerd en/of kan worden opgeslagen, kan er een ongekende grote hoeveelheid koude vermogen binnen een zeer kort tijdsbestek en ruimte gerealiseerd worden. Hiermee ontstaat de mogelijkheid 20 om het te koelen medium zogenaamd “instant” te koelen, wat inhoudt het doel binnen zeer korte tijd afkoelen met heel hoog vermogen. Dit maakt het bereik en inzetbaarheid van een dergelijk koelsysteem erg groot en veelzijdig.

Als in een systeem gebruik wordt gemaakt van één of meerdere Peltier elementen, kunnen deze in een dergelijke applicatie worden ingezet om een 25 heel hoog koelvermogen te genereren of dusdanig worden geschakeld een hoog rendement te creëren. Uiteraard is elke vorm van tussenvorm of combinatie, hierin ook mogelijk en kan het zelfde systeem diverse karakteristieke eigenschappen bevatten. Er kan bovendien nog tijdens gebruik 7 “gekozen” worden voor bijvoorbeeld hoog koelvermogen, weinig geluid, hoog rendement, etc.

5 De onderhavige uitvinding biedt hiervoor eenvoudige handvaten om de mogelijkheden van dit concept toe te passen.

Combineren van warmte afvoer inrichtingen 10 Onder een warmte afvoer inrichting wordt verstaan een methode, apparaat, systeem welke als doel heeft thermische energie over te dragen. Dit kan zowel “warmte” als “koude” zijn. Voorbeelden zijn; een radiator, een warmte wisselaar, een koelinrichting als zodanig, een verwarmingselement, enz.

Het unieke van de onderhavige uitvinding is dat de energie afvoer 15 gerealiseerd wordt door één of meerdere combinaties van de warmte dan wel koude afgifte methodes/inrichtingen. Hierdoor ontstaan talloze van nieuwe combinaties waarvoor voor veel onopgeloste koelvraagstukken ineens wel een oplossing geboden/gevonden kunnen worden.

20 Om een betere warmte overdracht te genereren is het in koel- en verwarmingssystemen, en met Peltier systemen in het bijzonder, van groot belang dat de warmte goed wordt overgedragen en of wordt afgevoerd.

Bij vloeistof gekoelde Peltier systemen in het bijzonder, is de snelheid/debiet van de vloeistof, bijvoorbeeld water, van groot belang om een efficiënte 25 warmte overdracht te realiseren. Door de gecombineerde warmte afvoer te beschouwen als een systeem met een interne lus voor de primaire koeler als ook een externe lus (deze combinatie) kan de interne pomp de zorg dragen voor voldoende snelheid/debiet voor optimale overdracht van warmte ten 8 behoeve van de Peltier elementen. Een externe pomp kan nu ingezet worden om een externe lus te realiseren om het vermogen aan de applicatie over te dragen.

Uiteraard kan de interne pomp, indien het systeem dit toelaat, ook gebruikt 5 worden om de externe lus via een parallel lus of seriële lus te voorzien van een vloeistof stroom.

In figuur 3 wordt geïllustreerd welke soorten van warmte afvoer inrichtingen er allemaal toegepast zouden kunnen worden. Hierin is te onderscheiden een ïo willekeurige koel of warmtebron [1] die aangesloten is op beide centrale reservoirs [2]. Het reservoir kan worden voorzien van PCM materiaal [3] bijvoorbeeld in of tegen de wanden. Het PCM zorgt dan voor een extra compacte buffer. Verder kan de warmte in vele andere vormen afgevoerd worden, zoals bijvoorbeeld aan de aarde [4], met een externe radiator lus [5], 15 door de warme vloeistof af te voeren [6] in bijvoorbeeld een gootsteen of rivier en dat in combinatie met koud water toevoeren [9] van bijvoorbeeld het waterleidingnet. Of alleen het toevoeren van relatief koud water en de rest verdampen doormiddel van een verdampingstechniek [10], of een combinaties hiervan. Zo zijn er nog vele opties te bedenken, zo kan er 20 gebruikt worden gemaakt van een ander koelsysteem [11]. Of van een koelsysteem dat niet direct kan worden aangesloten maar dan doormiddel van een warmtewisselaar de koeling, of elk ander systeem X [8], wordt verwezenlijkt. Met een warmtewisselaar kan vervolgens ook omgevingswater [7] gebruikt worden om de warmte af te voeren, van een rivier, zeewater en 25 dergelijke. Niet te vergeten kan in de interne lus van de centrale koeler een radiator [12] worden geplaatst om daar de warmte ook al af te voeren. Zo is te merken dat er vele opties en combinaties zijn die allemaal apart aan het 9 reservoir kunnen worden gekoppeld. Door het centrale reservoir zijn er nog vele extra mogelijkheden [13] te bedenken.

In figuur 4 wordt geïllustreerd hoe een toepassing er in praktijk uit zou 5 kunnen zien en in dit voorbeeld is er een keuze gemaakt voor aan de warme kant een interne radiator met ventilator [12] om de warmte in eerste instantie af te voeren. Mocht dit niet genoeg zijn kan er extern koel water van het waterleiding worden toegevoegd [9], het overtollige warme water wordt vervolgens afgevoerd door de gootsteen [6]. Het te koelen voorwerp wordt ïo gekoeld doormiddel van een externe radiator lus [5], en om een extra koelbuffer aan te brengen is er PCM geplaatst in de wanden van het reservoir. Dit voorbeeld maakt het mogelijk om tijdelijk meer koelvermogen te leveren dan er wordt geproduceerd doormiddel van het PCM materiaal. Vervolgens kan bij langdurige koeling extern koelwater worden toegevoegd van het 15 leidingnet om deze vraag van koeling om te vangen.

De praktische uitvoering van de gecombineerde warmte afVoer kan ook voorzien dat er voor de verschillende warmte afvoeren, of koude afvoeren, gebruik wordt gemaakt van één en dezelfde reservoir in een lus. Het reservoir 20 wordt dan gebruikt voor de warmte uitwisselingen/menging van de verschillende vloeistoflussen. Enkel vloeistof lus kan naar behoefte worden toegevoerd of in/uit worden geschakeld. Het reservoir wordt dan als het ware gebruikt om koel behoefte af te tappen wanneer hier vraag naar is. Dit kan continu of discontinu zijn en kan per warmte afVoer inrichting verschillend 25 zijn.

Indien er twee reservoirs worden toegepast kunnen de reservoirs onderling verbonden [126] worden zodat communicerende vaten ontstaan. Hierdoor is het mogelijk om in slechts één reservoir te hoeven vullen en bijvoorbeeld te 10 voorzien van een vloeistof niveau meting [122]. Het andere vat stroomt dan ook vol. Als het een reservoir betreft voor de primaire warme lus en de primaire koude lus, kan de leiding van het ene reservoir naar het andere reservoir erg dun zijn zodat er geen warmte uitwisseling in gebruik plaats 5 vind. Uiteraard kan deze leiding ook worden voorzien van een ventiel om deze uitwisseling te vergroten of te verkleinen en of dicht te zetten.

Indien er in detail wordt ingegaan betreffende de gecombineerde warmte afgifte, kan dit ook worden gerealiseerd door gebruik te maken van een ïo geïntegreerd reservoir. Hierin worden verschillende features/functies met elkaar worden geïntegreerd tot één compact geheel. In figuur 5 wordt geïllustreerd hoe verschillende systeem componenten geïntegreerd kunnen worden.

15 Hierin is het volgende te onderscheiden: Koppeling, samen bouw integratie methode(s) van verschillende Peltier koelers [100], Geïntegreerde pompen [111+112] al dan niet met speciale pomp-hoofd en of aansluiting t.b.v. eenvoudige montage en demontage van de interne pomp [111] of externe pomp [112], integratie van een vloeistof niveau controle sensor [107], 20 uitvoering van een drukkamer [102] systeem waar eventueel meerdere vloeistof loops op aangesloten kunnen worden, een uitzettingskamer met lucht [113] voor het opvangen van druk verschillen tijdens gebruik door bijvoorbeeld temperatuurswisselingen, integratie van een vulopening [101] en vulmethodiek om het systeem eenvoudig te kunnen vullen en of bij te vullen, 25 integratie van temperatuurssensoren [101], integratie van flowsensoren of flow-detectie [109], temperatuur bescherming [101], toepassing van een reduceer of druk nivelleer maak ventiel [101], en andere systeem controle of sturings elementen. Daarnaast kan door een opening te laten in het reservoir 11 het systeem ook als een opensysteem worden gekenmerkt [101]. Hierdoor is de druk in het reservoir gelijk aan de omgevingsdruk en nivelleert dit de systeemdruk ten gunste van de systeem componenten. Dit maakt het mogelijk om bijvoorbeeld verschillende pompen te gebruiken met hogere druk en 5 debiet welke noodzakelijk kunnen zijn voor de applicatie.

Daarnaast vindt binnen het reservoir een optimale menging plaats van verschillende vloeistofstromen voor maximale energie overdracht van de verschillende lussen als er bijvoorbeeld gebruik wordt gemaakt van een en dezelfde vloeistof. De stroming kan hier door schotten [108] gestuurd worden ïo en de menging bevorderd.

Omdat er gebruik gemaakt kan worden van spuitgiet-procede voor het productie proces, is er een zeer flexibele vormgeving mogelijk van het reservoir. Hierdoor kunnen eenvoudig allerlei functies van het reservoir worden geïntegreerd waardoor het systeem goedkoop en economisch 15 geproduceerd kan worden.

In dit ontwerp zijn de pompen [111 + 112] onderin gunstig gepositioneerd voor een continu goede aanvoer van vloeistof en kunnen voorzien worden van een vervangbaar filter [105]. Daarnaast is het reservoir zodanig vormgegeven dat andere systeem componenten eenvoudige en afdichtend gepositioneerd 20 kunnen worden zonder onnodig veel overgangen te moeten toepassen. Door de vormgeving kunnen bijvoorbeeld verschillende Peltier koelers [100] serieel of parallel aan elkaar worden verbonden binnen het reservoir [106]. Door de positionering van de Peltier koelers in het ontwerp kunnen deze modulaire worden toegepast. Het is dus mogelijk om andere of meerdere 25 Peltier koelers toe te passen met hetzelfde basis ontwerp. Uiteraard kunnen de verschillende Peltier elementen ook direct in het ontwerp worden toegepast/geïntegreerd zoals in het Europees octrooi 1384271 van toepassing is. Er ontstaat hierdoor een nog compacter systeem en de Peltier elementen 12 kunnen afdichtend worden samengebouwd in een geïntegreerd ontwerp/product. Het ontwerp maakt het tevens mogelijk om door het gebruik van kunststof onderdelen gewicht te besparen en thermisch en elektrisch te isoleren. Het geheel kan worden opgehangen/gemonteerd door isolatie 5 materiaal [103] wat zowel een werking heeft voor thermische isolatie en tevens schokken en trillingen kan absorberen zodat het systeem nog minder mechanisch belast wordt. Door het koude en warme reservoirs uit elkaar te positioneren [114], wordt er tevens voorkomen dat er onnodige warmte uitwisseling plaatsvindt. Dit kan uiteraard ook gerealiseerd worden indien er ïo gebruik gemaakt wordt van Peltier elementen in het ontwerp. Door de juiste materialen te en afdichtingsvormen kiezen is de chemische bestendigheid tot een hoog niveau haalbaar en kan de constructie waterproof worden gemaakt voor zowel intern als extern. De constructie kan geschikt gemaakt worden voor koppelmogelijkheden [110] voor meerdere lussen, waarbij het reservoir 15 een centraal reservoir wordt om systemen aan elkaar te kunnen koppelen.

Vice versa principe 20 In de meest toegepaste koelsystemen wordt de warmte doorgaans telkens dezelfde een kant op getransporteerd. Dit betekend dat de zogenaamde “warme kant” van het systeem in gebruik altijd warm zal zijn (hogere temperatuur dan de omgeving). Wanneer echter het “hart” van het koelsysteem als warmtepomp kan werken welke omkeerbaar is of één van de 25 andere warmte afvoer inrichtingen, waarbij de primaire koeler warmte uitwisseling heeft met de primaire koude primair warme lus, waardoor een situatie ontstaat dat de richting van de warmte overdracht omgedraaid kan worden (koude lus wordt warme lus en warme lus wordt koude lus), kan met 13 een dergelijk system de opgeslagen warmte energie van de ene lus naar de andere lus (weer terug) getransporteerd worden. Er ontstaat hierdoor opnieuw een zeer flexibel systeem waarbij op verschillende manieren de warmte uit het systeem kan verdwijnen. Hierbij is het mogelijk om op een later tijdstijd dan 5 het moment dat koeling gewenst/noodzakelijk was, de warmte af te dragen. Een systeem waarin eenvoudig de warmte energie richting kan worden omgedraaid kan bijvoorbeeld een Peltier systeem zijn. Deze Peltier elementen bevatten deze karakteristieke eigenschap.

10 Wanneer er gebruikt wordt gemaakt van een combinatie van warmte afvoer zoals hierboven beschreven (waarbij het warmte opslag/buffer concept een vorm is van een combinatie) en of een mogelijk een tijdelijke koeling wordt toegepast, is het van belang om uiteindelijk de warmte weg te voeren uit het systeem. Bijvoorbeeld uit een reservoir van de warme lus waar deze in is 15 opgeslagen. Dit kan door het systeem, en in het bijzonder een Peltier systeem, eenvoudig worden gerealiseerd door de omkeer-fimctie werking in te schakelen zodat het systeem werkt als zogenaamde omkeerbare warmtepomp. In het geval van een Peltier systeem is dat door de elektrische stroom de andere richting op te laten lopen. Zo wordt er gerealiseerd dat de warmte van 20 het warme buffer naar de koude wordt getransporteerd. Uiteraard kan aan deze koude zijde ook een gecombineerde warmte afvoer zitten, zoals ook aan de warme kant, welke dus ingezet kan worden om een nieuwe energetisch situatie/evenwicht te creëren. De warmte die wordt onttrokken aan het warmte buffer, kan dan worden afgegeven via het koude buffer/koude kant, aan de 25 omgeving en verlaat zoals nog het systeem, alwaar op een ander tijdstip en op een andere manier.

14

Uiteraard kan een dergelijk systeem ook qua werking worden omgedraaid. Dat wil zeggen dat de oorspronkelijke koude lus, in de nieuwe situatie de warme lus wordt. Een voorbeeld is het systeem oorspronkelijk als een airco te laten werken (warmte onttrekken), en daarna als een verwarming (warmte 5 toevoeren) en vervolgens weer als een airco.

Wanneer er gebruik gemaakt wordt van een gecombineerde warmte afvoer, is het tevens mogelijk om systemen met andere energie niveaus en temperaturen aan elkaar te koppelen om vervolgens een efficiënter systeem te kunnen 10 configureren.

Extra vermogen uit de omgeving.

Dit vermogen kan worden verkregen door het warmtepomp effect en kan worden geïllustreerd met het volgende voorbeeld: 15 Het systeem wordt gebruikt voor verwarming in bijvoorbeeld een elektrische auto. Hierin wordt elektrische energie omgezet in een nieuw evenwicht van een opgewarmde kant (lus) en een afgekoelde kant (lus).

Deze afgekoelde kant is kouder dan de omgeving wat resulteert in een warmte toestroom van de omgeving naar de koude kant (warmtepomp effect). 20 De warmte die wordt verkregen is de omzetting van de elektrische energie in warmte plus de energie die door de omgeving in het systeem wordt toegevoerd (vanwege het warmtepomp effect) Er wordt dus meer warmte verkregen dan elektrisch afgenomen (C0P>1) 25 15

Extra vermogen van andere warmte bronnen /systemen.

Als de accu’s van het elektrisch voertuig uit het voorbeeld hierboven warmte afgeven en deze een temperatuur heeft die lager is dan de warme kant voor de verwarming, kan deze niet in het zelfde systeem direct worden gekoppeld en 5 of worden toegevoegd. Immers zou dan de warmte van de verwarming naar de accu’s toestromen i.p.v. andersom, (warmte stroomt altijd van hoog naar laag). Indien er een gecombineerde warmte afvoer is, wat inhoudt dat de warmte van de accu’s in het gecombineerde reservoir aan de koude kant worden toegevoerd, wordt de warmte van de accu’s in dit geval dus wel aan 10 het systeem toegevoerd. Hier “profiteert” de warme lus van en kan dus meer vermogen afdragen met het zelfde verbruik.

In dit voorbeeld worden tevens de accu’s geclimatiseerd, wat bovendien een langere levensduur bevorderd van de accu’s. Indien de accu te koud schijnt te worden, kan op dat moment simpelweg de warmte afgifte aan het koude 15 reservoir (tijdelijk) worden stop gezet middels een regelsysteem, uitgevoerd met bijvoorbeeld een temperatuur regelaar en ventiel. Hierdoor warmt in dit voorbeeld de accu zich zelf weer op.

Uiteraard kunnen er meerdere en andere “systemen” aan het gecombineerde reservoir worden toegevoegd en kunnen de lussen zelfs naar beide reservoirs 20 gelegd worden waarbij deze geregeld/ingeschakeld worden door meerdere ventielen die de stroming, of ten minste de warmte uitwisseling, beperken, tegenhouden en/of regelen.

Een dergelijk systeem maakt het tevens mogelijk om indien een warmte afvoer inrichting van het koelsysteem niet ingeschakeld hoeft te zijn, bv airco 25 staat ’s nachts uit van een elektrisch voertuig, dan kan ook deze primaire koeler gebruikt worden voor koeling of climatisering van een andere warmte afVoer inrichting, bijvoorbeeld de accu. Hierdoor kan er een efficiënter 16 systeem gecreëerd worden wat een hoger rendement heeft. Uiteraard kunnen ook andere componenten aan een dergelijk systeem gekoppeld worden.

Het spreekt voor zich dat in de verwarmingstechniek ook dergelijke systemen 5 toegepast kunnen worden om een groter bereik te realiseren t.b.v. verwarmingsdoeleinden.

Als er gekozen is voor een gecombineerde warmte afvoer met verschillende afVoer inrichtingen, kan het systeem zo geprogrammeerd worden dat alleen de 10 gewenste warmte afvoer inrichting wordt ingeschakeld. Zo kan het systeem ingezet worden met veel verschillende karakteristieken wat per applicatie en optredende per situatie anders kan zijn. Hierdoor kan het systeem optimaal gebruik maken van de eigenschappen in combinatie met elkaar of afzonderlijk. Elke warmte afVoer inrichting wordt dan in of uitgeschakeld.

15 Karakteristieke eigenschappen van een dergelijk systeem kunnen dan bijvoorbeeld zijn, hoog koelvermogen, geluidsarm systeem, hoog rendement, modulaire schakeling, etc.

In figuur 8 wordt geïllustreerd een geïntegreerd systeem met een gecombineerde warmte/koude afgifte mogelijkheid voor een elektrisch 20 voertuig waarin het interieur verwarmd wordt. Er wordt schematisch aangegeven welke warmte afVoer inrichtingen als optie gebruikt en/of in geschakeld zouden kunnen worden

In figuur 9 wordt geïllustreerd een geïntegreerd systeem zoals beschreven in figuur 8 waarbij het interieur of componenten hiervan gekoeld worden.

25 17

Figuur 1: Kern van gecombineerde warmte af voer Figuur 2: Voorbeeld Kern van gecombineerde warmte afvoer Figuur 3 & 4: Schema van diverse gecombineerde warmte afvoer inrichtingen 1. Willekeurige koeling/warmtebron 5 2. Centraal reservoir 3. Phase changing material (PCM) 4. Afgifte warmte aan de aarde of warmte opname van de aarde 5. Externe radiator met ventilator combinatie 6. Afvoeren naar gootsteen, rivier en dergelijke, in combinatie met een ïo externe toevoer (9) 7. Het gebruiken van omgevingswater om de warmte af te geven 8. Extern systeem X, dat bijvoorbeeld met een andere vloeistof werkt 9. Externe toevoer van koelwater 10. Het verdampen van water om zo warmte af te voeren 15 11. Waterkoeler in externe lus 12. Interne radiator met ventilator combinatie 13. Vele andere opties mogelijk om aan te sluiten aan het reservoir Figuur 5: Voorbeeld ontwerp gecombineerde warmte afvoer inrichting met geïntegreerde functies in reservoir 20 Elementen: 100. Peltier koeler (bv. TCT-unit Twisted) 101. Bijvuldop, en/of Temperatuur schakelaar, en/of Temperatuur sensor, en/of opening, en/of druk nivelleer ventiel 102. Drukkamer 25 103. Isolatie 104. Voorraad reservoir 105. Geïntegreerd filter 106. Geïntegreerde stroom lus Peltier Koelers (bv. TCT-units) 18 107. Geïntegreerde niveau sensor 108. Extra wand t.b.v. flow 109. Ingebouwde flows witch 110. Aansluiting externe lus 5 111. Pomp t.b.v. drukkamer 112. Pomp t.b.v. externe lus

Figuur 6 & 7: Voorbeeld gecombineerde warmte afvoer met verschillende functies 115. Aansluitpunten koude lus ïo 116. Temperatuursensor 117. Flowmeter 118. Bijvuldop 119. Geïntegreerd reservoir, warm met koud verbonden 120. Pomp 15 121. Pomp 122. Watemiveau meter 123. Bijvuldop 124. Geïntegreerd reservoir, warm met koud verbonden 125. Normale TCT-unit 20 126. Verbinding met beide reservoirs, communicerende vaten

Figuur 8 : Voorbeeld integratie in elektrisch voertuig. Situatie interieur verwarmen

Figuur 9 : Voorbeeld integratie in elektrisch voertuig. Situatie interieur koelen 1 0 3 9 0 1 5

Claims (19)

1. Een thermisch systeem waarbij de warmtestroom gegenereerd wordt door een thermoelektrisch element, welke wordt gekenmerkt door een koude- en warme zijde, waarbij warmte van het thermoelektrisch element aan de 5 koude zijde wordt opgenomen en aan de warme zijde wordt afgevoerd, en waarbij het systeem is ingericht om de warmte op te nemen en/of af te voeren door middel van stroming van een vloeistof in een primaire koude lus en/of een primaire warme lus, en waarbij tenminste één lus is uitgevoerd met een combinatie van tenminste twee (primaire en secundaire) ïo verschillende type manieren van warmte afgifte inrichtingen, welke zijn ingericht om warmte uit de primaire lus weg te voeren en aan een ander medium af te geven, en/of tijdelijke opslag van de overcapaciteit, van de af te voeren warmte

2. Een systeem volgens conclusie 1 met het kenmerk dat de afgevoerde 15 warmte, wat de onttrokken warmte van een medium plus de eventuele warmte van de omzetting van de daarvoor benodigde elektrische energie, via de primaire warmte afvoer inrichting tijdelijk kleiner kan zijn dan de warmte die naar de secundaire warmte afvoer inrichting stroomt.

3. Een systeem volgens één of meerdere van voorgaande conclusies, waarbij 20 tenminste één centraal reservoir met tenminste één geïntegreerde functie kan worden geïdentificeerd, en waarbij tenminste één van de warmte afgifte inrichtingen aanwezig is.

4. Een systeem volgens één of meerdere van voorgaande conclusies, waarbij de centrale reservoirs van warme en koude kant thermisch zijn geïsoleerd 25 of dusdanig zijn gepositioneerd.

5. Een systeem volgens één of meerdere van voorgaande conclusies, waarbij de richting van de warmte energie van de primaire warme lus en de primaire koude lus kunnen worden omgekeerd. 1039015

6. Een systeem volgens één of meerdere van voorgaande conclusies, waarbij de richting van de warmte energie van de primaire warme lus en de primaire koude lus worden gerealiseerd door directe dan wel indirecte thermoelektrische koeling.

7. Een systeem volgens één of meerdere van voorgaande conclusies, waarbij een aparte interne pomp wordt ingezet om zeker te zijn van vloeistofstroming voor het thermoelektrisch koelsysteem.

8. Een systeem volgens één of meerdere van voorgaande conclusies, waarbij de interne pomp ook wordt toegepast om de vloeistofstroom parallel ïo middels een “drukkamer” of verdeel eenheid richting de warmte en of koude af voer te realiseren.

9. Een systeem volgens één of meerdere van voorgaande conclusies, waarbij de interne pomp ook wordt toegepast om de vloeistofstroom serieel richting de warmte en of koude afvoer te realiseren. 15 lO.Een systeem volgens één of meerdere van voorgaande conclusies, waarbij tenminste één centraal reservoir de kem vormt voor de koppeling van de verschillende mogelijke combinaties.

11. Een systeem volgens één of meerdere van voorgaande conclusies, waarbij het reservoir als een voorraadvat gebruikt wordt en welke gebruikt wordt 20 als centraal aftak reservoir voor verschillende pompen voor verschillende lussen.

12. Een systeem volgens één of meerdere van voorgaande conclusies, waarbij op een centraal reservoir wordt aangesloten om tenminste één extra lus te creëren.

13. Een systeem volgens één of meerdere van voorgaande conclusies, waarbij een geïntegreerde pomp op een centraal reservoir wordt aangesloten om tenminste één extra lus te creëren.

14. Een systeem volgens één of meerdere van voorgaande conclusies, waarbij tenminste één van de centrale reservoir(s) gebruikt worden om vloeistof af te nemen welke al dan niet retour komt.

15. Een systeem volgens één of meerdere van voorgaande conclusies, waarbij 5 tenminste twee reservoirs worden toegepast welke onderling zijn verbonden zoals bij communicerende vaten het geval is, zodat de vloeistof uitgewisseld kunnen worden.

16. Een system volgens één of meerdere van voorgaande conclusies, waarbij Peltier elementen worden toegepast in een geïntegreerd in het ontwerp voor ïo een directe of indirecte vloeistof koeling.

17. Een system volgens één of meerdere van voorgaande conclusies, waarbij tenminste twee reservoirs worden toegepast welke onderling zijn verbonden zoals bij communicerende vaten het geval is, zodat de vloeistof uitgewisseld kunnen worden en waarbij tenminste één reservoir van de 15 primaire warme en tenminste één reservoir van de primaire koude lus aan elkaar worden verbonden op een dusdanige manier dat warmte uitwisseling hiertussen kan worden vermeden, beperkt of geregeld.

18. Een system volgens één of meerdere van voorgaande conclusies, waarbij het systeem vice versa kan werken om het systeem in een andere evenwicht 20 situatie te brengen, waarbij dit een soort van “oplaad of ontlaad” systeem wordt (resetten van bv PCM, Materiaal met faseovergang). Primaire warme lus wordt koude lus en primaire koude lus wordt warme lus.

19. Een system volgens één of meerdere van voorgaande conclusies, waarbij een combinatie wordt gemaakt van tenminste één andere warmte en of 25 koude afgifte, waarbij tenminste één combinatie wordt gemaakt door een secundaire lus te verbinden met zowel de primaire koude lus, als de primaire warme lus. (climatisering van de accu en dus het extra verkrijgen van energie of het eenvoudig kunnen realiseren/koppelen aan een bestaand systeem)

20. Een system dat wel of niet gebruik maakt van één of meerdere van voorgaande conclusies, waarbij het systeem functioneert met Peltier 5 elementen, en waarbij deze ingezet worden met als doel verwarming te realiseren, waarbij de Peltier elementen op een hogere spanning worden gezet dan normaliter het maximum is bij gebruik van deze zelfde elementen in een koelsysteem, om zodoende een hoger elektrisch vermogen toe te voeren waardoor een hoger verwarmend vermogen wordt verkregen, ïo 21. Een system volgens één of meerdere van voorgaande conclusies, waarbij een peltier systeem, al dan niet watergekoeld, wordt gebruikt om te ontvochtigen en waarbij de koude kant van het peltier wordt gebruikt om een temperatuur te creëren beneden het dauwpunt zodat hierdoor vocht op kan neerslaan een ontvochtigings proces en waarbij de warme kant van het 15 peltier element wordt gebruikt om te de voorbijgaande lucht weer op te warmen. 1039015