Вечный двигатель — прежде и теперь. От утопии — к науке, от науки — к утопии
Шрифт:
Второй контур представляет собой обычный теплосиловой цикл, в котором циркулирует какое-либо низкокипящее рабочее тело, испаряемое в теплообменнике 3 теплотой Q, поступающей из первого контура. Сконденсированное в конденсаторе 6 при температуре, близкой к T О.С., это рабочее тело подается насосом 5 через теплообменник в главную турбину 4, где расширяется, производя работу.
В результате за счет атмосферной теплоты производится электроэнергия. Затрата топлива (и электроэнергии, если не считать пусковой период) исключается.
Из этого описания видно, что предлагаемая «машина атмосферного тепла» представляет собой классический ppm-2 — «монотермический двигатель». Понимая, что тепловая машина не может произвести работу, не используя два температурных уровня, изобретатель пытается обойти второй закон, искусственно создавая этот другой, более высокий уровень посредством сочетания компрессора 1 и расширительной турбины 2. Но второй закон неизбежно себя проявляет: такой тепловой насос заберет всю работу, производимую в тепловом цикле, и никакого эффекта установка не даст; она просто вскоре после запуска остановится.
Проведем, пользуясь методом, описанным в гл.4, анализ энергетического и эксергетического балансов «машины атмосферного тепла». Начнем с энергетического баланса.
В установку (в компрессор 1) поступает атмосферный воздух. Количество вносимой им энергии (его энтальпию) обозначим Н 1. Эта энергия расходуется по трем статьям:
1) выносится с выходящим воздухом (энтальпия Н 2);
2) отдается в форме теплоты Q О.С.в окружающую среду через конденсатор 7;
3) отдается в виде полезной работы L электрогенератором 7. Тогда энергетический баланс будет иметь вид
H 1= H 2+ Q О.С.+ L.
Он никаких сомнений не вызывает: с точки зрения первого закона термодинамики все сходится.
Эксергетический баланс в отличие от энергетического будет включать только два члена — эксергию Е 2отводимого в атмосферу из турбины холодного воздуха и полезную работу L. Эксергия засасываемого из атмосферы воздуха Е 1= 0, так как его температура Т О.С.и давление Р О.С.соответствуют параметрам атмосферы. Точно так же равна нулю эксергия теплоты, отдаваемой через конденсатор в окружающую среду при ТО.С.. Эта теплота полностью неработоспособна. Следовательно, эксергетический баланс системы (если бы она работала) был бы таким:
0 >= L + E 2,
поскольку поступающая эксергия должна быть больше (или в идеале равной) выходящей. Иначе говоря, приходная часть баланса эксергии равна нулю, а расходная — сумме L + Е 2. Это означает, что «машина будущего», должна не только делать «из ничего» работу, но и давать холодный воздух, эксергия которого больше нуля, так как он, отличаясь по температуре от окружающей среды, обладает определенной работоспособностью.
В идеальном случае (знак равенства) машина может в принципе работать, но как холодильная, выдавая холодный воздух при затрате работы L (поскольку — L = Е 2). В реальном случае будет тоже холодильник, но холода при той же затрате работы он будет давать меньше (—L > Е 2). Ни о каком получении работы тут и думать не приходится.
КПД системы (если предположить,
Если бы машина работала, ее КПД был бы равен бесконечности. Такой КПД характерен для всех ppm — не только второго, но и первого рода, ведь все они делают эксергию (т. е. и работу) из ничего.
Эта машина, так же как и машина Джерсена, — классический пример попытки осуществить двигатель, работающий за счет энергии равновесной окружающей среды. Эта энергия действительно необозрима, но поскольку ее эксергия равна нулю, она абсолютно неработоспособна.
В заключение разбора «машины будущего» приведем отрывок из заметки о ней, помещенной в «Экономической газете» [3.17]. Автор заметки, возмущаясь косностью тех, кто прекратил работу по созданию этой машины, писал:
«Высокий КПД этой машины, достигающий 60-80%, обеспечивается использованием тепла атмосферного воздуха. Он засасывается в компрессор установки при атмосферной температуре, а выходит из турбины при более низкой температуре. Так в этой машине используется известный в физике принцип теплового насоса.
Машина системы проф. А.Н. Шелеста, использующая атмосферное тепло, может быть применена для тепловых электростанций, коэффициент полезного действия которых будет в два раза выше существующих».
Даже если поверить автору этой заметки, что машина будет работать, остается непонятным, почему КПД будет выше «в 2 раза» (80%)? Ведь на тепловой электростанции расходуется топливо; чтобы поднять КПД в 2 раза, нужно расходовать его на 1 кВт•ч в 2 раза меньше. А в «машине будущего» топливо вообще не расходуется. Почему же так скромно: «в 2 раза»?
Уже после выхода в свет первого издания этой книги в журнале «Техника молодежи» (№3, 1991) появилась заметка, в которой приведены доводы канд. техн. наук Павла Шелеста (сына профессора А. Шелеста) в защиту «машины атмосферного тепла» изобретенной его отцом. П. Шелест уже не отстаивает вариант машины, описанный выше. Он приводит новую схему, несколько видоизмененную по сравнению с основной, показанной на рис. 5.5. В нее введен тепловой насос, компрессор которого приводится в движение двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Этот тепловой насос снабжает теплом второй, рабочий контур с насосом и турбиной, которая, как и в первом варианте, отдает полезную работу Lгенератору, вырабатывающему электроэнергию. Дополнительное достоинство этой схемы П. Шелест видит в том, что «не пропадает зря тепло, отводящееся от двигателя — оно подогревает воздух в первом контуре». Все это и ряд других особенностей дает возможность получить КПД всей установки 70%.
К сожалению, и система, устроенная по этому варианту, бесполезна. В отличие от основного варианта «машины атмосферного тепла» она работать будет, поскольку в ее состав входит дизель. Но «привешенный» к нему тепловой, насос (который имеет в лучшем случае КПД не выше 0,5-1-0,6, а не «примерно 1,3», как утверждает П. Шелест), только «съест» часть мощности, которую дает дизель. В результате вся система будет иметь КПД существенно меньший, чем дизель, работающий без паразитной системы «машины атмосферного тепла» [73] .
73
Здесь изобретатель стал очередной жертвой неверного представления о том, что тепловой насос «извлекает полезную энергию из окружающей среды и имеет КПД больше единицы» (см. §4.4).