Thermo-akoestische warmtepomp koelt met restwarmte

De thermo-akoestische warmtepomp was jarenlang een grote belofte. Inmiddels brengt SoundEnergy een commercieel product op de markt dat het principe gebruikt om restwarmte in te zetten voor koeling. De potentie in de industrie is enorm en de eerste klanten gebruiken al hun restwarmte om gebouwen te koelen.

Het patent van de thermo-akoestische warmtepomp werd rond de eeuwwisseling al ingediend door innovator Kees de Blok. Daarna werkte De Blok samen met ECN jarenlang aan verbetering van het ontwerp. Inmiddels is het briljante idee omgezet in een product dat van het schap te bestellen is.

Speaker

CEO van Soundenergy Herbert Berkhout: ‘De crux bij onze THEAC-25 thermoakoestische warmtepomp is dat er nauwelijks draaiende delen inzitten. Eenvoudig gezegd gebruik je een drukvat met Argon waar je warmte aan toevoegt. Net als een ballon uitzet als hij warm wordt, ontstaat ook in het drukvat een drukverschil. Daarmee is de potentie van de thermische energie omgezet in mechanische energie. Die energie zet net als bij een speaker een geluidsgolf in beweging.

Door het gas steeds te laten afkoelen door de omgeving en weer te verwarmen met restwarmte, versterk je de puls. We gebruiken twee cilinders die elkaar blijven versterken, waardoor een feedbackloop ontstaat. Vervolgens gebruiken we in de THEAC-25 twee andere cilinders die de akoestische energie gebruiken om koude te produceren. Op deze manier biedt het systeem een  koelvermogen van 25 kilowatt terwijl er alleen restwarmte ingaat. Natuurlijk zijn er nog wel wat pompjes en elektrische apparatuur nodig om het proces op gang te houden. Maar de energieconsumptie daarvan valt in het niet bij de winst die je haalt uit restwarmte.’

Koeling

Toepassingen ziet Berkhout genoeg voor de THEAC-25. ‘We kijken waar restwarmte is en behoefte aan koeling. Het meest ideaal is restwarmte van rond de 180 graden Celsius omdat dat het gewenste temperatuurverschil (ΔT) geeft met een buitentemperatuur van rond de 25 graden Celsius. Overigens werkt de warmtepomp ook bij kleinere temperatuurverschillen, maar doorgaans neemt de efficiency toe naarmate de ΔT toeneemt. Het systeem is ook erg vergevingsgezind bij temperatuurfluctuaties en werkt eigenlijk altijd. Voor wie dat wil, zouden we de restwarmte ook een temperatuurlift kunnen geven. We merken echter dat de behoefte aan koeling binnen en buiten de industrie vele malen hoger is. Koelen is doorgaans ook veel duurder dan verwarmen.’

Inmiddels installeerden Berkhout en Blok de eerste democontainer bij een stroboiler die biomassa verwerkt. En in Polen gebruikt de THEAC-25 de warmte van een zogenaanmde Diesel Genset voor de koeling van vlees. ‘Berkhout: De THEAC-25 gebruikt de driehonderd graden restwarmte die overblijft van de biomassa in de stroboiler. Nu kan het agrarische bedrijf zijn gebouwen in de winter duurzaam verwarmen met zijn eigen afval. Terwijl het diezelfde warmte gebruikt in de zomer om te koelen.’

Het bedrijf moet daar overigens wel enige ruimte voor reserveren. De THEAC-25 heeft een diameter van vier meter in een cirkel en de eerste demo staat dan ook in een twintig voets zeecontainer.

Meer toepassingen

Er zijn echter legio andere toepassingen te bedenken voor deze innovatieve manier van koelen, denkt Berkhout. ‘De voedingsindustrie kent veel processen waar ze aan het begin warmte opwekken om die later in het proces weg te koelen. We hebben al businesscases klaarliggen voor bakkerijen. De warmte van de bakovens kan je later inzetten om het brood versneld te koelen. Normaal gesproken worden daarvoor chillers gebruikt of wordt het brood natuurlijk gekoeld. Het ene kost veel energie, de andere versie teveel tijd.

We zien ook mogelijkheden voor pyrolysefabrieken die plastic omzetten in brandstof en metaalgieterijen. Ook hier ontstaat een warmtestroom die kan worden ingezet om het eindproduct te koelen.’