Способ преобразования тепловой энергии

(51) 09 5/00 (2006.01) 28 1/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ внутри циркуляционного контура с помощью осмотических свойств гидрофильных полимеров, с последующим использованием энергии движения жидкости, для обеспечения появления разности осмотических давлений используется полимерный гидрогель, вступающий в контакт с жидкостью,заполняющей циркуляционный контур,и реагирующий на изменение температуры через изменение концентрации подвижных ионов в растворе над гидрогелем. Примером гидрогеля,обеспечивающего изменение концентрации подвижных ионов в контактирующем с ним растворе, является гель на основе полиакриловой кислоты. Преимуществом предлагаемого изобретения является возможность реализации преобразования тепловой энергии в ее другие разновидности,основанной на использовании осмотических эффектов, обусловленных термочувствительностью гидрофильных полимеров,выпускаемых промышленно,что позволит повысить производительность,коэффициент полезного действия и расширить область применения.(72) Сулейменов Ибрагим Эсенович Мун Григорий Алексеевич Игликов Игорь Владимирович(73) Национальная инженерная академия Республики Казахстан Сулейменов Ибрагим Эсенович Мун Григорий Алексеевич(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ(57) Изобретение относится к области энергетики и может быть применено в сельском хозяйстве(перекачка воды и ее опреснение),в автомобилестроении, в бытовой технике и других областях техники,в которых существует потребность в утилизации вторичного тепла. Способ преобразовании тепловой энергии,заключающийся в создании градиента давления Изобретение относится к области энергетики и может быть применено в сельском хозяйстве(перекачка воды и ее опреснение),в автомобилестроении, в бытовой технике и других областях техники - в которых существует потребность в утилизации вторичного тепла. Известен способ трансформации тепловой энергии, основанный на возникновении циркуляции жидкости в замкнутом контуре под воздействием разности температур в контуре,которого развивается градиент температур, вызывающий градиент давлений. Такой способ часто используется в бытовых целых для обеспечения теплой водой с использованием традиционных для тепловых насосов низкокипящих жидкостей (Патент 2161759, МПК 25 9/08, 25 30/02, опубл. 10.01.2001 г.). Недостатком данного способа преобразования энергии является невысокая разность давлений,возникающая в циркуляционном контуре, что приводит к низким скоростям циркуляции жидкости и, соответственно ограничениям на область использования указанного способа. Известен способ получения электрической энергии, который широко используется в технике,где источником электрической энергии является пара электродов, изготовленных из разнородных сплавов металлов, за счет разности температур в местах соединения, обладающих неоднородным распределением параметров, характеризующих электропроводность,представляющая собой замкнутый электрический контур. Разность температур двух спаев обеспечивает возникновение разности потенциалов. Аналогичные эффекты могут быть реализованы и в жидкофазных системах, в частности, при нагреве двух областей контакта полимерного геля и раствора, в совокупности также составляющих замкнутый электрический контур(Г.М. Иванова, Н.Д. Кузнецов, Чистяков Теплотехнические измерения и приборы, Москва,Энергоиздат, 1984, с.24). Недостатком такого способа и аналогичных им систем с точки зрения преобразования тепловой энергии в ее другие разновидности является низкая производительность и низкий коэффициент полезного действия. Наиболее близким аналогом по числу существенных признаков (прототипом) является способ преобразования энергии на основе осмотических эффектов, присущих растворам гидрофильного полимера,обладающего одновременно ионогенными и гидрофобными функциональными группами. Способ основан на возникновении разности осмотических давлений,которая возникает в растворе термочувствительного полимера при его неоднородном нагреве, причем указанная разность давлений может быть значительной даже при небольшой разности температур. Это обусловлено явлением фазового перехода, которое сопровождается частичной или полной потерей растворимости полимера. При условии, что термочувствительный полимер содержит в своем составе также ионогенные 2 группы, потеря растворимости сопровождается реакцией ассоциации диссоциированных функциональных групп, что приводит к изменению полного числа частиц в соответствующем объеме раствора, и как следствие, появлению разности осмотических давлений. По амплитуде такая разность давлений существенно превышает величину, реализующуюся при нагреве жидкостей, в которых не происходит фазовый переход, например,воды (, . ., , . Е., , . В., , Е. . М., , . .,,. В. (2012)., 17(11), 1504-1509.). Основным недостатком прототипа является необходимость использования дорогостоящих полимеров, промышленное производство которых в настоящее время не налажено. Задача изобретения является разработка способа преобразования тепловой энергии, позволяющего повысить коэффициент полезного действия,расширить область применения,используя увеличение градиента давлений внутри циркуляционного контура, за счет осмотических эффектов с применением промышленно выпускаемых продуктов на основе полимерных материалов. Технический результат,полученный от осуществления изобретения возможность реализации преобразования тепловой энергии в ее другие разновидности,основанной на использовании осмотических эффектов,обусловленных термочувствительностью гидрофильных полимеров,выпускаемых промышленно,что позволит повысить производительность,коэффициент полезного действия и расширить область применения. Для достижения технического результата в способе преобразовании тепловой энергии,заключающимся в создании градиента давления внутри циркуляционного контура с помощью осмотических свойств гидрофильных полимеров, с последующим использованием энергии движения жидкости, в соответствии с изобретением, для обеспечения появления разности осмотических давлений используется полимерный гидрогель,вступающий в контакт с жидкостью, заполняющей циркуляционный контур, и реагирующий на изменение температуры через изменение концентрации подвижных ионов в растворе над гидрогелем. Примером гидрогеля,обеспечивающего изменение концентрации подвижных ионов в контактирующем с ним растворе, является гель на основе полиакриловой кислоты. Известны и многочисленные примеры гелей,обладающих повышенной восприимчивостью к вариациям температуры за счет введения в их состав гидрофобной компоненты. Такого рода системы подробно изучались казахстанскими физикохимическими школами, в частности, было показано,что введение гидрофобной компоненты в состав геля действительно способствует восприимчивости геля к вариациям температуры даже тогда, когда степень ионизации сетки велика и, следовательно,выраженный ее коллапс не имеет места. Сущность изобретения иллюстрируется чертежом (Фиг.1), на которой показана общая схема реализации заявляемого способа. Устройство, реализующее заявляемый способ,содержит- основной циркуляционный контур (1),заполняемый раствором низкомолекулярного электролита- термосенсорную панель (2), выполняемую из геля на основе карбоновой кислоты, или гелясополимера на основе карбоновой кислоты с добавлением веществ,обеспечивающих дополнительную восприимчивость к вариациям температуры- балластный элемент (3), также выполняемый из гидрогеля на основе карбоновой поликислоты- роторный узел съема энергии - измеритель скорости (4). Способ осуществляют следующим образом Циркуляционный контур(1) заполняют раствором низкомолекулярного электролита,выбирая состав и концентрацию так, чтобы обеспечить максимальную вариацию осмотического давления при нагреве элемента (2) до расчетной температуры. Элементы (2) заполняют гелем на основе слабой карбоновой кислоты или гелем-сополимером, в состав которого также вводятся функциональные групп,обеспечивающие повышение восприимчивости полимерной сетки к температуре. Элемент (3) заполняют аналогичным гидрогелем,с тем отличием, что повышения температурной чувствительности добиваются только в том случае,когда система содержит дополнительных охлаждающий узел(холодильник). Если холодильник не используется узел (3) играет роль балластного элемента и его выполняют из геля на основе карбоновой поликислоты. Внутри циркуляционного контура располагают роторный узел (4), который обеспечивает съем энергии циркуляции жидкости,а также обеспечивает измерение ее скорости. Термосенсорную панель (2) приводят в контакт с источником тепла, например, размещают под прямыми солнечными лучами или приводят в контакт с наружной оболочкой двигательной установки. Далее, под воздействием нагрева происходит изменение степени ионизации геля, заполняющего элемент (2). Это приводит к локальному изменению концентрации низкомолекулярной компоненты над гидрогелем, а, следовательно, к локальному изменению осмотического давления. В результате в контуре (1) возникает градиент осмотических давлений, который вызывает движение жидкости. Холодные объемы жидкости, приходя в контакт с нагретым элементом (2) вызывают его частичное охлаждение, что поддерживает циркуляцию в непрерывном режиме. Преимуществом предлагаемого изобретения является возможность реализации преобразования тепловой энергии в ее другие разновидности,основанной на использовании осмотических эффектов, обусловленных термочувствительностью гидрофильных полимеров,выпускаемых промышленно,что позволит повысить производительность,коэффициент полезного действия и расширить область применения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ преобразования тепловой энергии,заключающийся в создании градиента давления внутри циркуляционного контура с помощью осмотических свойств гидрофильных полимеров, с последующим использованием энергии движения жидкости, отличающийся тем, что используют полимерный гидрогель, на основе карбоновой кислоты или гель сопилимера на основе карбоновой кислоты, который вступает в контакт с жидкостью,заполняющей циркуляционный контур и реагируют на изменения температуры через изменения концентрации подвижных ионов в растворе над гидрогелем, также дополнительный охлаждающий узел выполнен в виде балластного элемента из геля на основе карбоновой поликислоты и заполняют аналогичным гидрогелем. 2. Способ преобразования тепловой энергии по п.1, отличающийся тем, что термосенсорную панель, которая заполнена полимерным гидрогелем,приводят в контакт с источником тепла, путем размещения под прямыми солнечными лучами.