Вечный двигатель

Проекты термомеханических ррт-2

Трудно сейчас установить, когда именно был предло­жен первый проект вечного двигателя второго рода. Во всяком случае, достоверно известно, что это произошло более 100 лет назад.

Первым известным изобретателем в этой области был некий американский профессор Гэмджи, предложивший сконструированный им так называемый нуль-мотор, кото­рый должен был работать, извлекая теплоту, как мы бы теперь сказали, из равновесной окружающей среды. Было это в 1880 г.

Вторым, кто предложил двигатель, работающий на «те­плоте окружающей среды», был тоже американец Ч. Трип - лер, человек более известный, чем Гэмджи, в связи с тем, что он сконструировал (правда, на основе уже известных разработок) действующую установку для сжижения воз­духа. Публикация о двигателе Триплера появилась впервые в 1899 г.

Оба эти изобретения связаны одной и той же особен­ностью: происходящие в них процессы должны были про­текать при температуре ниже окружающей среды. Именно здесь, в специфической области низких температур, где

«на холоде», казалось бы, все происходит иначе, чем в традиционной теплотехнике, оба изобретателя хотели ре­шить энергетическую проблему по-новому. Нет сомнения, что именно такое «холодное» направление мыслей первых создателей проектов ррт-2 связано с сенсационными успе­хами техники низких температур, которые как раз при­шлись на конец 70-х-90-е годы XIX века.

Самая низкая температура, которую до этого удалось получить М. Фарадею в 1840 г., составила —110 °С, но в 1877 г. Л. Кайете и неза­висимо от него Р. Пикте добились температуры —180 °С, а в 90-х годах К. Ольшевскому удалось понизить рубеж рекордно низких температур до —200 — 230 °С. Наконец, Д. Дьюар в 1898 г. ожижил водород при — 253 °С. Этот резкий прорыв в область небывало низких температур произвел очень сильное впечатление на современников.

Проекты термомеханических ррт-2

Одновременно развивались и технические приложения низких тем­ператур. Ш. Телье (1867 г.), а затем К. Линде в 70-х годах были раз­работаны аммиачные холодильные машины, а в 1895 г. К. Линде и Р. Хэмпсон почти одновременно создали промышленные установки для сжижения воздуха.

Проекты термомеханических ррт-2

Рис. 5.1. Схема «нуль-мотора» Гэмджи: а — впуск пара в расшири­тельную машину; б — выпуск жидкости из расширительной машины; 1 — котел; 2 — расширительная машина (детандер); 3 — впускной клапан; 4 — выпускной клапан; 5 — шатунно-кривошипный механизм с маховиком; 6 — насос для жидкого аммиака

Именно два последних достижения низкотемпературной техники того времени — аммиачная холодильная машина и установка сжижения воздуха — послужили соответственно прототипами проектов Гэмджи и Триплера. Прототипами их назвать можно только условно, поскольку идея была
совсем новой: использовать холодильные машины в совер­шенно другом плане — как двигатели.

Авторская схема «нуль-мотора» приведена на рис. 5.1. В дальнейшем она была усовершенствована (добавлен еще один котел, введен струйный эжектор). Однако принципа работы «нуль-мотора» эти изменения не касались.

Как же, по мысли автора, должен был работать этот двига­тель? Известно, что при темпе­ратуре окружающей среды (на­пример, 300 К = 27 °С) аммиак кипит при давлении 1,0 МПа (10 ат)1. Следовательно, в ко­тле с жидким аммиаком, поме­щенным в эту среду, устано­вится повышенное по сравнению с атмосферным давление пара. Можно направить этот пар в низкотемпературную поршневую машину (так называемый детан­дер). В этом случае он расши­ряется, и давление становится, например 0,1 МПа (1 ат), от­давая внешнюю работу, соответ­ственно охлаждается до 250 К (—23 °С) и частично при этом ожижается. Жидкий аммиак вместе с паром через вы­пускной клапан поступает в насос, который приводится в движение самой расширительной машиной, — детандером. В насосе давление аммиака снова поднимается до 1,0 МПа (10 ат). Холодная смесь жидкого аммиака и пара возвра­щается в котел. Здесь за счет теплоты Q0.с, поступающей из более теплой атмосферы (напомним, что аммиак после расширения имеет температуру —23 °С), он снова испаря­ется. Пар отводится в детандер, и цикл повторяется. Таким образом, двигатель работает, отдавая потребителю работу L (равную работе, производимой детандером, за вычетом небольшой ее части, затраченной на привод насоса).

Никакого нарушения первого закона термодинамики — закона сохранения энергии — здесь нет: сколько ее под­водится из окружающей среды Q0.с, столько и отводится в виде работы (L = Q0.c)- Вроде бы все в порядке.

Проекты термомеханических ррт-2

Г, К

Рис. 5.2. Зависимость темпе­ратуры кипения аммиака от давления

Кривая зависимости давления пара от температуры кипения амми­ака показана на рис. 5.2.

Но... Всегда это проклятое «но», как только дело ка­сается ррш. Но двигатель почему-то не работал. В чем же дело?

Чтобы ответить на этот вопрос, составим энтропийный и эксергетический балансы «нуль-мотора». С энтропий­ным балансом дело обстоит хуже, чем с энергетическим: с теплотой вносится некоторая энтропия Qo. c/Tq. c5 а с ра­ботой энтропия не выносится, так как энтропия потока работы равна нулю. Следовательно, энтропия не только уменьшается, а даже исчезает. Это явное нарушение вто­рого закона.

То же показывает эксергетический баланс. Эксергия поступающей теплоты равна нулю, она неработоспособна, так как имеет температуру окружающей среды Го с. По­лучаемая работа равна эксергии, следовательно, эксергия отводится, но не подводится — она возникает «из ничего». КПД «нуль-мотора» равен бесконечности:

Е" L

Таким образом, «нуль-мотор» — это типичный «моно­термический двигатель» — ррш-2.

Представим себя на минуту в положении того механика, которому надо запустить уже собранный и заправленный аммиаком двигатель. Пока он неподвижен, и это совер­шенно естественно, так как он теплый и давление везде одинаково — 1,0 МПа (10 ат). Как сдвинуть все части машины с места? Попробуем самый простой способ — на­чнем раскручивать маховик и затем отпустим его, чтобы машина уже сама продолжила работу. Однако можно за­ранее предсказать, что машина не разгонится, а, напротив, постепенно остановится. Попытки привести ее в самосто­ятельное движение и любыми другими способами приведут к тому же результату.

Объясняется это очень просто. Чтобы расширительная машина (детандер) работала, нужно, чтобы давление за ней было ниже, чем перед ней. Гэмджи думал, что так и будет, поскольку насос откачает парожидкостную смесь из трубы между детандером и насосом. Однако, чтобы это произо­шло, нужно затратить работу на привод насоса, а где ее взять? Детандер дать ее не может, так как давления и до него, и после равны, а если его раскрутить извне (при за­пуске), он будет сам работать тоже как насос, перекачивая
аммиак в трубу перед насосом. При этом аммиак в нем будет не охлаждаться, а даже нагреваться. Таким обра­зом «нуль-мотор» сможет работать только в том случае, если его крутить внешним приводом, затрачивая работу L, а не получая ее. Соответствующее количество теплоты, в которую бесполезно «перемолотится» работа, будет от­даваться в окружающую среду.

Другими словами, «нуль-мотор» будет вместо работы выдавать энтропию, приближая, если верить Клаузиусу, конец света. Таким образом, название «нуль-мотор», при­думанное Гэмджи, сыграло с ним дурную шутку: двига­тель действительно в полном смысле слова оказался нуль - мотором, но не из-за нулевой потребности в топливе, а из-за нулевого результата — отсутствия полезно произво­димой работы.

Можно ли что-нибудь сде­лать, чтобы заставить «нуль - мотор» производить работу, а не «съедать» ее? Эта за­дача решается очень про­сто. Нужно перед насосом включить в схему еще один аппарат — конденсатор, как показано на рис. 5.3, и от­водить от него теплоту Q при более низкой темпера­туре Го < Гох. Тогда аммиак будет в нем сжижаться, и давление его соответственно снизится. Если, например, проводить конденсацию при Го = 250 К (—23 °С), то, как видно из кривой на рис. 5.2, давление в конденсаторе установится около 0,16 МПа (1,6 ат). Двигатель сразу оживет, так как на детандере появится перепад давлений; он начнет работать, расширяя аммиак с 1,0 МПа (10 ат) до 0,16 МПа (1,6 ат). Часть произведенной работы пойдет на насос, а остальная — полезная работа — будет выдана потребителю. Это бу­дет большая часть работы детандера, так как насос отбе­рет только небольшую ее часть (он перекачивает жидкость, объем которой в десятки раз меньше, чем пара; соответ­ственно меньше и нужная работа).

Проекты термомеханических ррт-2

Рис. 5.3. «Усовершенствован­ный» двигатель Гэмджи с отбо­ром теплоты Qo на нижнем тем­пературном уровне

Такой двигатель заработал бы потому, что было бы вы­полнено требование второго закона — имелась бы разность
температур (Т0.с — То). При Гох подводилась бы теплота Qo. c, а при Го отводилась бы теплота Qo < Q0.c - Раз­ность Qox — Qo давала бы работу L = Qox — Qo в полном соответствии не только с первым, но и со вторым зако­ном термодинамики. «Монотермический» двигатель пре­вратился бы в обычный, работающий между двумя темпе­ратурными уровнями.

Возникает вопрос, почему же Гэмджи не додумался до такого решения? Это осталось неизвестным. Однако оче­видно и другое. Даже если бы подобная идея пришла ему в голову, делу бы это не помогло. Действительно, если отво­дить теплоту Qo ПРИ низкой температуре Го, то двигатель заработает. Но куда эту теплоту девать дальше? Ведь для этого нужно иметь какой-то теплоприемник, который бу­дет получать ее. А такой теплоприемник должен быть еще холоднее (например, при Го = —23 °С он должен иметь температуру, скажем, —25 °С). Иначе теплота Qo к нему просто не пойдет, так как в соответствии опять же со вто­рым законом термодинамики она может переходить только от тела с более высокой температурой к телу с более низ­кой, а никак не наоборот.

Чтобы создать такой теплоприемник при Г < Го < Г0 с, обязательно нужна холодильная машина (тепловой насос), которая отводила бы теплоту Qo обратно на уровень окру­жающей среды Го с. А для этого нужно даже в идеале затратить ровно столько же работы, сколько дает идеаль­ный двигатель в таком же интервале температур, т. е. все, что «заработано» на двигателе, тут же «съел» бы тепловой насос. В итоге — опять нулевой результат. В реальном же случае будет еще хуже. Двигатель даст меньше работы, чем идеальный (Гдейств < Г^®), а тепловой насос потре­бует больше работы, чем идеальный (ГдейСТВ > L™). По­скольку LgJ = Г™йств, то Г™йств > Г^йств, т. е. эту систему, чтобы она двигалась, нужно крутить извне с затратой ра­боты L = Гдейств - Гдейств. Опять получился «нуль-мотор». Следовательно, искусственный второй уровень температур тоже не решает задачи, поскольку его создание требует в лучшем случае столько же работы, сколько при помощи двигателя можно получить. Настоящий двигатель можно создать только тогда, когда во внешней среде уже есть не­равновесность любого вида — разность каких-либо дви­жущих сил (например, АГ, Ар и др.), которую можно преобразовать в работу. Располагая только одним уровнем температуры окружающей среды, никакую работу получить нельзя.

Легко видеть, что двигатель, показанный на рис. 5.3, по принци­пиальной схеме точно соответствует паровой машине. Только внеш­ние условия работы у паровой машины другие: верхний температурный уровень у нее соответствует не температуре окружающей среды, а более высокой — горячих дымовых газов. Нижний уровень температур уже не искусственный То, а окружающей среды Т0.с - Здесь используется раз­ность потенциалов, уже имеющаяся во внешней среде (по химическому составу: топливо — кислород воздуха). За счет этой разности путем сжигания и создается тепловой поток на уровне Т > Т0.с, который используется в настоящих двигателях.

Другой изобретатель низкотемпературного ррт-2, о ко­тором мы уже упоминали — Триплер — пошел дальше Гэмджи. Во-первых, он пытался использовать именно ту идею, с помощью которой мы пробовали запустить нуль - мотор Гэмджи: с помощью другой машины, соединенной с первой, создать искусственный низкий температурный уро­вень. Во-вторых, он работал не с аммиаком, а с жидким воздухом (нижняя температура Го = —190 °С). Однако ни то, ни другое не помогло — двигатель не получился.

Конечно, испаряя жидкий воздух теплотой, отбираемой из окружающей среды, можно получить сжатый воздух и заставить его крутить мотор. А дальше? Опять возникает тот же «проклятый вопрос», что и у Гэмджи, — нужно воздух опять сконденсировать, т. е. отвести от него теплоту при очень низкой — криотемпературе[38]. А для этого опять же нужен жидкий воздух, получение которого требует как минимум столько же энергии, сколько дает двигатель (а в реальных условиях еще больше). Опять вместо получения работы — только ее затраты.

В марте 1899 г. в журнале «Макклюрз мэгэзин» была опубликована популярная статья, посвященная лаборато­рии Триплера и проводимым им замечательным работам. Статья была написана Реем Бейкером. Автор опровергал второй закон термодинамики и провозглашал Триплера создателем вечного двигателя, приводя собственные слова изобретателя: «Использовав в своей машине 3 галлона воз­духа, я получил в ожижителе около 10 галлонов жидкости. Таким образом, возникла прибавка в 7 галлонов, которая ничего мне не стоила и которую я могу использовать где

Угодно для совершения полезной работы».

Следует заметить, что Триплер здесь ввел в заблуждение Бейкера, пользуясь его неосведомленностью. Установка Триплера для сжижения воздуха была по существу копией той, которую К. Линде сделал в Мюнхене еще в 1895 г. В такой системе из 1 кг воздуха получалось в ожижителе около 50 г жидкого воздуха, т. е. 5 %. Поэтому получить из «3 галлонов воздуха прибавку в 7 галлонов» Триплер никак не мог.

Триплер не сознался в провале своей идеи. Все экс­перты, которые к нему пытались проникнуть, почему-то приходили «не вовремя» и разрекламированного двигателя так и не увидели.

Нельзя не отметить особый интерес, проявлявшийся к военным применениям вечного двигателя второго рода. Действительно, что может быть заманчивее для решительно настроенных военных деятелей, чем корабль или самолет с таким двигателем, автономно работающим практически неограниченное время?

Естественно, что «нуль-мотор» профессора Гэмджи иде­ально подходил как двигатель для кораблей военно-мор - ского флота США, перед которым уже в то время стави­лись задачи на основе весьма далеко идущих планов.

Вот что писал главный инженер военно-морского де­партамента США Б. Айшервуд своему шефу[39], рекомендуя провести всесторонние испытания двигателя Гэмджи: «Все это создало бы необходимые предпосылки для конструиро­вания нового мотора, имеющего совершенно безграничные возможности. Принимая во внимание чрезвычайную важ­ность этого изобретения как для военно-морского флота США, так и для всего человечества, я настоятельно реко­мендую департаменту создать профессору Гэмджи наиболее благоприятные условия для продолжения его эксперимен­тальных исследований и доложить о них правительству Со­единенных Штатов. Профессор выражает готовность пред­ставить свое изобретение для самой тщательной экспер­тизы и сделать это безотлагательно».

Характерно, что Айшервуд не забывает и о «всем че­ловечестве», но на первое место ставит нужды военно - морского флота США. Далее он поясняет: «В отличие от европейских морских держав, владеющих колониями и ба­зами с запасами топлива в разных районах земного шара, держав, которые следует рассматривать как потенциаль­ных противников в будущих военных конфликтах, США не имеют ни того, ни другого. Поэтому в ходе военных дей­ствий вдали от своих берегов флот США может оказаться в крайне невыгодном стратегическом положении из-за отсут­ствия баз с топливными запасами. Позиции сторон будут в этом отношении уравнены, если военно-морские силы США получат двигатели нового типа. В этом случае наши крейсеры смогут проникнуть на самые удаленные аквато­рии столь же просто, как и флоты тех стран, которые рас­полагают там запасами топлива».

Из текста письма видно, что в стратегических пробле­мах главный инженер разбирался намного лучше, чем в энергетических. Однако известно, что президент Гарт - фильд слушал доклад об этом двигателе. Что было дальше и как развивались события, установить не удалось; но это и не так уж важно, поскольку «нулевой» конец всей истории был неизбежным. Следует отметить только, что редактор газеты «Канзас-Сити ревью», в которой была опубликована восторженная статья о моторе Гэмджи, прокомментировал ее так: «Практика в конечном счете покажет истинные до­стоинства этого изобретения».

Такая осторожность и уважение к эксперименту могут служить хорошим примером для некоторых современных редакторов, публикующих рекламные статьи о ррш-2.

В восточном полушарии тоже не прошли мимо возмож­ности военного применения ррш-2. За два года до начала первой мировой войны (в 1912 г.) некий Гофман пред­ложил свой проект вечного двигателя. Это был один из термомеханических вариантов ррш-2, хотя и сложный, но, естественно, как и другие, неработоспособный. Его автор принадлежал к числу теоретиков, которые не только изо­бретают ррш-2, но и подводят под свои идеи «научную» базу. С работами таких теоретиков мы уже встречались. Однако труд Гофмана не просто прославлял вечный дви­гатель. В нем явно отразился тот военно-патриотический дух, который в то время усиленно насаждался в Германии.

В небольшой брошюре, опубликованной в Лейпциге под названием «Теория перпетуум мобиле», Ф. Гофман пи­сал о возможностях применения ррш-2 в военной авиации: «Сегодня в Германии не понимают важности создания веч­ных двигателей, уподобляясь скептикам, которые еще лет десять назад отрицали возможность появления летательных аппаратов тяжелее воздуха. Следствием этого неверия яви­лось то, что несколько лет назад в Реймсе французы и американцы доказали, что именно они, а не немцы явля­ются нациями, лидирующими в воздухоплавании. Дай бог, чтобы благосклонная фортуна уберегла немцев от еще од­ного реймского позора. А ведь похоже на то, что до тех пор, пока американец Джон и француз Пьер не нагрянут в Гамбург или Берлин на кораблях, оснащенных вечными двигателями, немецкий Михель не очнется от летаргиче­ского сна».

Опасения Гофмана связаны с тем, что на международ­ных соревнованиях 1909 г. в Реймсе немецкие самолеты оказались намного хуже американских и французских. Вы­ход он видит в том, чтобы опередить будущих противников в применении ррт-2. Однако призыв Гофмана к военному использованию ррт-2 остался нереализованным.

Идеи о низкотемпературных термомеханических ррт - 2 возникали еще не раз в самых различных модифика­циях. После Гэмджи и Триплера их разрабатывали Липп - ман (1900 г.), Сведберг (1907 г.) и многие другие. Выдви­гаются подобные проекты и теперь.

В качестве примера можно привести машину Г. Джер - сена, на которую был выдан патент США с приоритетом от 3.12.1981 г. [3.13].

Описание и иллюстрации в патенте сделаны очень пу­тано (по-видимому, это интернациональная особенность всех изобретателей ррт-2) и с ошибками. Естественно так­же, что предлагаемое устройство не называется прямо веч­ным двигателем, а носит вполне благопристойное название «тепловая машина». Однако после расшифровки стано­вится очевидным, что это типичный ррт-2, но несколько усовершенствованный.

Принципиальная схема машины Джерсена приведена на рис. 5.4. Она включает два контура, объединенных общим компрессором I. Первый из них, показанный сплошной линией, представляет собой классический тепловой насос. Давление циркулирующего в нем рабочего тела при сжатии в компрессоре повышается с р до одновременно возра­стает и его температура. Горячее рабочее тело (аммиак или фреон1) в состоянии, соответствующем точке 2, поступает

Фреонами (хладонами) называют группу веществ — галоидопроиз - водных предельных углеводородов, которые используются как рабочие тела холодильных и теплонасосных установок.

Сначала в теплообменник V, где отдает теплоту Q3, и затем дополнительно охлаждается в конденсаторе //. При этом от него отводится теплота Q2- Жидкий хладагент дроссели­руется в вентиле III, в результате его давление снижается с Р2 до pi. При этом часть жидкости испаряется и ее темпе­ратура падает. Холодная жидкость выкипает в испарителе IV при подводе извне теплоты Q.

Таким образом, действие машины приводит к отбору теплоты Q і на низком температурном уровне от какого - либо теплоотдачика и выдаче теплоты Q2 на более высоком уровне. Изобретатель указывает, что можно использовать предлагаемое им устройство и как холодильную машину, и как тепловой насос. В первом случае теплота Q отбира­ется при низкой температуре Т < Г0 с, а количество те­плоты Q2 отдается при высокой температуре (от Т3 до Т4), близко к Г0 с. Во втором случае теплота Q отбирается у окружающей среды при Т0 с, a Q2 отводится при высокой температуре Тз > Т0 с. Здесь все пока правильно. Такие установки существуют и благополучно работают в качестве как холодильных, так и теплонасосных. Но, естественно, при одном условии: компрессор нужно приводить в движе-
ниє посредством работы, подводимой извне. Но как обой­тись без этого? Чтобы избежать получения работы извне (тогда не было бы никакого изобретения), Джерсен идет «классическим» путем, характерным для всех изобретате­лей ррт-2: он пытается обойтись «внутренними ресурса­ми». Тепловой насос сам должен обеспечить себя энергией для привода компрессора. Для этого и создается второй контур, обозначенный на рисунке штриховыми линиями. Он, собственно, состоит из одной турбины-двигателя VI, действие которой обеспечивается частью сжатого рабочего тела, отбираемого в точке 2 после компрессора. Расширя­ясь в турбине от давления до давления pi, оно произво­дит определенную работу и возвращается после подогрева в теплообменнике V во всасывающую линию компрессора. По мысли изобретателя этой работы должно хватить и на то, чтобы вращать компрессор (работа L'), и на внешнего потребителя (работа L). Автор не забыл и о запуске уста­новки, который делается от специального внешнего при­вода (на схеме он не показан) и компрессора VII. Все пре­дусмотрено!

Если бы это «все» могло быть в действительности, то человечество получило бы двигатель, работающий только за счет теплоты, отводимой от окружающей среды. Мало того, этот двигатель дополнительно давал бы либо холод (если бы первый контур работал как холодильная машина), либо теплоту (если бы он действовал как тепловой насос). Но, увы, второй закон запрещает оба варианта. И в первом и во втором случае простой расчет показывает, что работы турбины не хватит даже на привод компрессора, не говоря уже о внешнем потребителе.

Энергетический баланс здесь, как и в любом приличном ррт-2, сходится, и нарушения первого закона нет.

Действительно, для этого необходимо только, чтобы Q2 = Qi — L. Величины L' и Q3 в баланс не входят, так как они характеризуют внутреннюю передачу энергии от одной части установки к другой. Видно, что ничего не­возможного (с точки зрения первого закона) в этом уравне­нии нет: сколько энергии с тепловым потоком п оступает, столько с работой и теплотой отводится.

Эксергетический баланс двигателя Джерсена будет вы­глядеть по-разному в зависимости от режима.

Для режима теплового насоса

О = Еа + L.

Эксергия теплоты Qi, взятой от окружающей среды, равна нулю, и из него (нуля) получается у Джерсена и эксергия

Теплоты Q2, даваемой тепловым насосом ^Eq = Q2Tr~jfoc^J<

И еще внешняя работа. Явно невозможная ситуация — эк­сергия теплоты и работа из ничего: КПД г]е был бы равен бесконечности:

Eq + L

Для режима холодильной установки тоже 0 = Eq + L. Здесь опять же эксергия ниоткуда не поступает, но расхо­дуется по двум направлениям. Во-первых, она отдается в

Виде «холода»(^Eq = QiTxтак как приход теплоты

При Г > Го. с соответствует расходу эксергии {Qi и Eq

Имеют разные знаки, поскольку Eq = Тх^о с < 0). Во-

Вторых, эксергия отводится в виде работы L. Опять два полезных результата «из ничего» и бесконечно большой КПД!

Наряду с «холодными» ррт-2 разрабатывались и «те­плые», предназначенные для работы только при темпера­турах выше температуры окружающей среды. Источник энергии у них оставался тот же — «теплота окружающей среды». Их авторы опирались уже на традиции тепло­техники. Некоторые из них тоже защищены авторскими свидетельствами или патентами [3.14]—[3.17].

Разберем один из них, наиболее характерный [3.14]. Автор (проф. А. Н. Шелест) назвал предложенный им дви­гатель «машиной будущего». Другое ее название — «ма­шина атмосферного тепла» [3.17].

Схема машины показана на рис. 5.5. Она состоит из двух контуров. Первый, включающий в себя турбокомпрес­сор 1 и турбину 2, соединен на входе и выходе с атмосфе­рой и запускается в работу пусковым электродвигателем, который на схеме не показан. Засасываемый в компрес­сор атмосферный воздух (при ро с и Г0 с) сжимается; тем­пература его соответственно возрастает. В теплообмен­нике 3 горячий сжатый воздух охлаждается (в пределе — до исходной температуры), нагревая рабочее тело второго контура. После этого холодный сжатый воздух поступает в турбину 2, расширяется с отдачей внешней работы и выбрасывается в атмосферу. Поскольку температура пе­ред турбиной близка к Тох, температура отработанного расширенного воздуха Т за турбиной будет ниже темпе­ратуры окружающей среды Го с. Развиваемая турбиной 2 мощность используется для привода компрессора 7, что позволяет уменьшить необходимую для работы компрес­сора мощность пускового электродвигателя. Таким обра­зом, первый контур играет, по мнению А. И. Шелеста, роль теплового насоса, «перекачивая» теплоту из атмосферного воздуха на повышенный уровень температур Тг, использу­емый в теплообменнике 3.

Т

Проекты термомеханических ррт-2

Рис. 5.5. Схема «машины атмосферного тепла»

Второй контур представляет собой обычный теплоси­ловой цикл, в котором циркулирует какое-либо низкоки - пящее рабочее тело, испаряемое в теплообменнике 3 те­плотой Q, поступающей из первого контура. Сконденси­рованное в конденсаторе 6 при температуре, близкой к То с, это рабочее тело подается насосом 5 через тепло­обменник в главную турбину 4, где расширяется, произ­водя работу. Эта работа L при установившемся режиме отдается на привод первого контура (электродвигатель от­ключается), а оставшаяся часть идет на электрогенератор 7, производящий энергию W для внешнего потребления.

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 ррш - 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. Эта энергия расходуется по трем статьям:

1) выносится с выходящим воздухом (энтальпия Н2)

2) отдается в форме теплоты Q0.c в окружающую среду через кон­денсатор 7;

3) отдается в виде полезной работы L электрогенератором 7.

Тогда энергетический баланс будет иметь вид

Н1 = Н2 + Qo. c + 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 Е2 отводимого в атмосферу из турбины холодного воздуха и полезную работу L. Эксергия засасываемого из атмосферы воздуха Е = 0, так как его температура Т0.с и давление Ро. с соответствуют параметрам атмосферы. Точно так же равна нулю эксергия теплоты, отдаваемой через конденсатор в окружающую среду при Т0.с. Эта теплота полностью неработоспособна. Следовательно, эксергетический баланс системы (если бы она работала) был бы таким:

О ^ L + Е2,

Поскольку поступающая эксергия должна быть больше (или в идеале равной) выходящей. Иначе говоря, приходная часть баланса эксергии равна нулю, а расходная — сумме L + Е2. 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 = Е2). В реальном случае будет тоже холодильник, но холода при той же затрате работы он будет давать меньше (—L > Е2). Ни о каком получении работы тут и думать не приходится.

КПД системы (если предположить, что машина могла бы работать как двигатель) будет равен отношению результата (L + Е2) к затратам

Эксергии. Поскольку затраты равны нулю,

Если бы машина работала, ее КПД был бы равен бесконечности. Такой КПД характерен для всех ррт — 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 L генератору, 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»[40].

Мы не будем рассматривать других попыток осуще­ствить тепловой «монотермический двигатель» на основе термомеханических преобразований. Все они удивительно похожи, и разница проявляется только в деталях. Так же, как и при создании ррт-1, их изобретатели наивно пола­гают, что изменив какие-нибудь частности, все же удастся обойти закон науки.

В этом убеждении им помогают некоторые теоретики, которые подводят под ррт-2 серьезную «научную базу». По ходу изложения нам в предыдущих главах уже прихо­дилось на них ссылаться. Однако все они, как мы видели, больше опирались на идеи философско-космологического характера или на общие рассуждения.

Сейчас, имея в своем распоряжении информацию о ре­альных проектах ррт-2, можно сделать следующий шаг: рассмотреть научные теории, непосредственно обосновы­вающие возможность создания «монотермического» двига­теля. Для этого создается новая «термодинамическая» база с неизбежной, естественно, ликвидацией второго закона.

Работы по созданию такой «научной базы» и дискус­сии, выплескивающиеся и на страницы средств массовой информации, проходили как у нас в стране, так и за ру­бежом. В Польше, например, статью с описанием «моно­термического» двигателя под названием «Тепловик» и его теоретическое обоснование опубликовал магистр-инженер Я. Мордасевич [3.20]. Правда, редакция журнала посту­пила очень разумно, поместив вслед за ней статью проф. С. Отщедушко и И. Сикоры [3.21], в которой была ясно показана вздорность идей Мордасевича (авторское свиде­тельство на свой «тепловик» Мордасевич все же получил).

Казалось бы, на этом история должна была закончить­ся — научная истина восторжествовала, а автор «теплови­ка» получил желанный документ. Однако прошло больше 20 лет и идея «тепловика» всплыла снова. В газете «По­литика» появилась статья о Мордасевиче с интригующим названием «Безумец или гений?» [3.22].

Нам нет необходимости анализировать эту или другие иностранные работы, поскольку имеются в достаточном количестве аналогичные отечественные публикации на рус­ском языке.

Остановимся в этой связи на работах проф. М. А. Ма­монтова [3.16; 3.18]. Читателям приходится вникать в по­добного рода теоретические построения — это почти все­гда тяжелая работа. Тяжела она не из-за трудности пости­жения глубоких мыслей, а вследствие особой формы изло­жения.

Известен мудрый афоризм: «Кто ясно мыслит, тот ясно излагает». Не менее верно и обратное утверждение. Как правило, ошибочные теории излагаются очень путано, с применением массы ученых слов и новых терминов, но­вых понятий. Выбраться из получающегося в результате лабиринта не так просто. Это и естественно: при четком и последовательном изложении тех же положений их несо­стоятельность выявилась бы сама собой. Ложные антина­учные концепции могут жить только в условиях путаницы в мыслях и словах, это их «питательная среда».

Итак, познакомимся с теоретической базой ррш-2 — «обновленной» термодинамикой. Поступим так: сначала приведем соответствующие цитаты, расположив их по воз­можности в логической последовательности, а затем будем их распутывать и анализировать. Начнем с главы «Прин­ципиальная возможность создания теплового двигателя с одним источником тепла» в [3.16].

Автор выбирает в качестве объекта, в котором происхо­дят явления, «находящиеся в явном противоречии с неко­торыми положениями классической термодинамики»[41], — пневматические инструменты, работающие на сжатом воз­духе.

«Регулярно наблюдаемые явления конденсации паров воды в рабочей полости пневматических двигателей и от­казы в работе этих двигателей вследствие замерзания вы­делившихся капель воды представляются бесспорным сви­детельством реальности охлаждения рабочего тела пнев­матического двигателя до температуры значительно более низкой, чем температура атмосферного воздуха». И да­лее:

«Причины столь резкого расхождения приведенных по­ложений классической термодинамики с бесспорными ре­альными фактами заключаются в классической концепции теплоты, положенной в основу классического анализа. Во­преки этому анализу подвод тепловой энергии в рабочую полость пневматического двигателя совершается посред­ством тепловой миграции при температуре подводимого рабочего вещества, близкой к температуре окружающей среды (атмосферы). В этих условиях с первых моментов этапа расширения рабочего объема создаются условия, при которых температура рабочего вещества становится ниже температуры окружающей среды. В результате чего:

Изменение состояния тела начинается при температуре рабочего вещества, близкой к температуре окружающей среды;

Работа совершается за счет охлаждения рабочего веще­ства ниже температуры окружающей среды;

Передача тепла от рабочего тела теплоприемнику про­изводится при отрицательной разности температур (тепло переходит от тела с низкой температурой к телу с высокой температурой)».

Следующая цитата:

«Отмеченные выше явления переохлаждения рабочего тела, наиболее отчетливо наблюдающиеся в пневматиче­ских двигателях без подогрева воздуха, имеют принципи­альное значение, так как открывают возможность подвода тепла к рабочему телу за счет тепловой энергии атмосферы.

Если обеспечить значительное увеличение внутренней поверхности рабочей полости (поверхности нагрева) и мед­ленное движение поршня, то, используя возникшую раз­ность температур между стенками рабочей полости и ра­бочим телом, можно процесс расширения из адиабатиче­ского превратить в процесс, близкий к изотермическому. Так как изотерма при расширении проходит существенно выше адиабаты, то указанное изменение процесса приведет к существенному увеличению полезной работы.

Таким образом, от пневматического двигателя можно будет получать работу не только за счет энергии воздуха в аккумуляторе, но также за счет использования дарового тепла атмосферы.

Если учесть, что классическая термодинамика в соот­ветствии с ее концепциями категорически отрицает воз­можность прямого преобразования тепла окружающей сре­ды в работу, то установление возможности такого преобра­зования в пневматических (газовых) двигателях имеет боль­шое принципиальное значение».

Все изложенное в этих цитатах уже не просто «филосо­фия», а конкретные выводы из конкретных явлений. Эти выводы автор в дальнейшем кладет в основу проекта двига­теля. Поэтому прежде чем продвигаться дальше, разберем их.

Вначале необходимо подтвердить тот несомненный, хо­рошо известный факт, что сжатый воздух, расширяясь в пневматических двигателях, охлаждается до температуры более низкой, чем температура окружающей среды. Уди­вительного в этом ничего нет, и странно, почему М. А. Ма­монтов делает отсюда такие далеко идущие выводы. Дей­ствительно, хорошо известно, что воздух, как и любой другой газ, нагревается, если его сжимать в адиабатных[42]Условиях. Этот факт наблюдает любой велосипедист или автомобилист, накачивающий шины своей машины. Затра­чиваемая работа переходит во внутреннюю энергию газа, и его температура повышается. Точно так же при расши­рении газа с отдачей работы (как, например, в пневмоин - струменте) сжатый воздух охлаждается. Отметим, что это охлаждение может быть довольно значительным. Если, на­пример, давление воздуха 4 ат (0,4 МПа) и температура +20 °С (293 К), то при расширении до атмосферного да­вления он охладится примерно до —75 °С (198 К), т. е. на 95 °С. В реальных условиях вследствие теплопритока охла­ждение будет меньшим, но все же достаточно существен­ным. Все это происходит «по науке», и никто существо­вание такого процесса не отрицает. Диаграммы потоков энергии для этих случаев показаны на рис. 5.6.

Проекты термомеханических ррт-2

Рис. 5.6. Полосовые графики потоков энергии для адиабатных процес­сов сжатия (а) и расширения (б) газа

Двинемся дальше и расшифруем вторую, более длинную цитату. В ней речь идет о другом процессе расширения — уже не адиабатном, а изотермическом. Он отличается тем, что по ходу расширения к газу подводится теплота из окру­жающей среды, причем в таком количестве, чтобы не дать ему охладиться. В результате температура газа остается неизменной (отсюда и термин «изотермический»).

Разберем этот процесс в соответствии с классической термодинамикой, а потом сопоставим результаты с трак­товкой проф. М. А. Мамонтова.

На рис. 5.7 показаны графики изменения температуры Т и давления р газа в процессе его расширения в цилиндре пневмоинструмента в зависимости от хода I поршня. Точка 1 соответствует начальному положению поршня, точки 2' и 2" — конечным его положениям.

При адиабатном расширении (вертикальная штрихов­ка) температура газа падает, так же как и давление, по мере движения поршня вправо. В конечной точке 2! да­вление снижается до атмосферного р0.с, а температура — до Т2 значительно более низкой, чем То с. Отведенная
в виде работы энергия Lm соответствует вертикально за­штрихованной площадке. По первому закону термодина­мики она будет равна уменьшению внутренней энергии газа: Lm = AU1-2.

При изотермическом расширении (наклонная штрихов­ка) температура газа только в первый момент снижается на

Очень малую величину АТ — разность темпе­ратур, необходимую для того, чтобы теплота из окружающей среды могла сообщаться газу. Дальше температура будет до са­мого конца расширения постоянной, равной Т = Т0.с - ЛТ. Давление газа будет падать медлен­нее, так как к газу посто­янно подводится теплота. Поэтому поршень к мо­менту, когда р станет рав­ным Ро. с> пройдет боль­шой путь и остановится только в точке 2". Соот­ветственно и работа LH3, проделанная газом, будет больше и ход поршня, и давле­ние здесь, больше. Добавочная работа соответствует пло­щадке, заштрихованной наклонно; суммарная работа равна количеству подведенной теплоты Qo. c (Ьш = Qo. c)1-

Проекты термомеханических ррт-2

Рис. 5.7. Изменения температуры и давления газа (воздуха) при расшире­нии с учетом теплопритока извне

Теперь мы можем возвратиться к цитатам из М. А. Ма­монтова.

Во втором и третьем пунктах, следующих за словами «В результате чего», все, что происходит в двигателе, почему - то понимается наоборот. Работа, как мы видели, соверша­ется не «за счет охлаждения» (как в адиабатном процессе), а напротив, путем постоянного нагрева рабочего вещества. Ведь теплота Q0.c, которая обеспечивает работу двигателя, все время подводится к рабочему телу, а не отводится от него. Поэтому второй пункт неверен. Третий пункт со­всем непонятен. Передача теплоты идет не «от рабочего тела», а наоборот, к рабочему телу (газу). И не при «от-

Внутренняя энергия газа не изменилась, так как она не зависит отудельного объема и определяется только температурой.

Рицательной» разности температур, а при положительной (АТ = Г0 с — Г), и не «от тела с низкой температурой» (газа), а напротив, к нему из окружающей среды.

В последующей части цитаты нет таких «переверты­шей». Если не с читать слова «переохлаждение»1, которое здесь ни к чему (нужно просто «охлаждение»), то факти­ческая сторона дела изложена без ошибок. Но трактовка событий неверна принципиально. Автор полагает, что от изотермического двигателя можно получать работу «также за счет использования дарового тепла атмосферы». На пер­вый взгляд, это действительно может показаться правиль­ным: ведь работа Lm равна подведенной из окружающей среды теплоте Qo. c - Но такой вывод был бы преждевре­менным. Подумаем: если бы воздух не был предварительно сжат, мог бы работать двигатель «за счет дарового тепла атмосферы»? Очевидно, нет. А откуда взялось давление? Из компрессора, в котором происходит процесс, обрат­ный тому, который идет в двигателе. Там газ сжимается от Ро. с (точка 2") до р. При этом его температура (если вести процесс тоже изотермически) будет не ниже, а выше Г0 с на АТ и теплота Q0.с будет отдана среде, а двигатель столько же теплоты взял у нее обратно. В итоге выходит нуль! Работа L получается только за счет точно такой же работы, затраченной на сжатие в компрессоре. Так будет в идеальном случае, если компрессор и двигатель точно изотермические. В реальных условиях работа, плдведен - ная к компрессору, и количество отведенной в окружаю­щую среду теплоты будут больше, чем работа, получен­ная в двигателе, и намного больше, чем теплота, которую он заберет из окружающей среды. В итоге будет все та же классическая картина — суммарная энтропия вырастет, эксергия, напротив, частично потеряется, поскольку эксер­гия сжатого воздуха после компрессора будет меньше под­веденной работы, а работа пневматического двигателя — меньше эксергии сжатого воздуха (практически остается от 5 до 10% затраченной на компрессоре работы). Читатель может сам при желании это проверить, составив соответ­ствующую схему потоков энергии и эксергии.

Изложенное показывает всю беспочвенность последней

Переохлаждение — это совсем другое: охлаждение вещества ниже температуры перехода в другое агрегатное состояние. Например, вода, охлажденная до —10 °С, но не превратившаяся в лед, называется «пе­реохлажденной» .

Тирады М. А. Мамонтова против классической термодина­мики. Мы видели, что при анализе пневмодвигателя нет ни­какого расхождения с бесспорными фактами и они вполне вписываются в ее понятия.

Как тут не вспомнить, что сказал еще в XVII в. вели­кий английский ученый Р. Гук [1.28]: «Большинство уче­ных очень поверхностны..., из нескольких неопределенных и недостоверных положений они делают самые общие вы­воды и с помощью их устанавливают законы, правящие миром и природой». Если заменить в этом высказывании слово «большинство» на «меньшинство», то оно вполне годится и для нашего времени.

Профессор М. А. Мамонтов не ограничился теоретиче­скими изысканиями. Осуществляя связь науки и производ­ства, он предложил и соответствующий теории двигатель «с одним источником тепла». Приведем рисунок и описа­ние, взятые из уже упомянутой книги автора.

«Рассмотрим теперь поршневой двигатель, индикатор­ная диаграмма которого представлена на рис. 81.

До начала движения пор­шня в рабочую полость при неизменном начальном ее объеме впрыскивается низ - кокипящая жидкость, кото­рая испаряется и нагрева­ется до температуры окру­жающей среды (атмосфер­ного воздуха) под действием температуры этой среды.

В результате давление в рабочей полости повыша­ется до некоторого давле­ния, превышающего давле­ние окружающей среды. Перепад давлений в рабочей по­лости и в окружающей среде вызывает движение поршня и расширение рабочего вещества. При значительной вну­тренней поверхности стенок рабочей полости, имеющих температуру окружающей среды, и при медленном движе­нии поршня обеспечивается изотермическое расширение рабочего вещества за счет получения тепла из окружаю­щей среды. Движение поршня вправо заканчивается в мо­мент, когда давление в рабочей полости будет равно атмо-

Проекты термомеханических ррт-2

Рис. 5.8. Индикаторная диаграмма поршневого двигателя «с одним ис­точником тепла»

^исунок 8 из книги М. А.Мамонтова воспроизведен на рис.5.8.

Сферному. На обратном ходе рабочее вещество, имеющее температуру атмосферы, выталкивается в атмосферу.

В точке с диаграммы давление равно атмосферному. Участок диаграммы ab отвечает процессу нагревания ра­бочего вещества, полученного испарением низкокипящей жидкости, при неизменном начальном объеме рабочей по­лости.

Как видно из изложенного, цикл состоит из изотермы be, изобары са и изохоры аЪ. Работа цикла выражается площадью abc и совершается полностью за счет тепла, полученного из окружающей среды (так как внутренняя энергия рабочего вещества при изотермическом процессе остается без изменения).»

В этом тексте все относительно благополучно, кроме одной последней фразы. Более того, предложенный дви­гатель осуществим, и он вполне может работать. Однако если исправить ошибку в этой последней фразе, то все изобретение сразу потеряет, как говорят, «товарный вид». «Работа цикла выражается площадью abc и совершается полностью за счет тепла, полученного из окружающей сре­ды (так как внутренняя энергия рабочего вещества при изо­термическом процессе остается без изменения).»

Здесь автор допускает ошибку, рассматривая только изотермический процесс. Все остальное его не интересует, а там-то и лежит то, «за счет чего» двигатель может рабо­тать. Работу двигателя обеспечивает жидкость, подаваемая в него с температурой ниже Г0 с (при давлении ро с) и вы­ходящая в виде пара при тех же давлении и температуре. Откуда она берется и куда девается полученный пар, автор не пишет. Он только отмечает, что «... расход низкотем­пературной жидкости в рассматриваемом процессе можно истолковать как своеобразную компенсацию за превраще­ние тепла в работу, но подобная компенсация по своей природе эквивалентна передаче тепла холодильнику».

Между тем в этой «своеобразной компенсации» вся соль и состоит. Чтобы получить эту низкотемператур­ную жидкость, имеющую определенную эксергию, нужно обязательно затратить работу. Эта работа как раз пой­дет на то, чтобы отвести при низкой температуре теплоту конденсации жидкости и отдать ее при температуре Т0 с в окружающую среду. Так что «своеобразная компенсация» требует, во-первых, затраты работы и, во-вторых, именно «передачи тепла холодильнику». При этом затраченная работа и отведенная в окружающую среду теплота в луч­шем (идеальном) случае будут равны соответственно полу­ченной от двигателя Мамонтова работе и получаемой им из среды теплоте. В реальных же условиях на получение этой рабочей жидкости придется затратить работу и от­вести при этом в среду значительно больше теплоты, чем может компенсировать двигатель. Опять в итоге получится общий рост энтропии и соответствующая потеря эксергии! Заслуги холодной жидкости (которую изобретатель должен был бы хвалить, ибо без нее ничего бы не двинулось) автор отметает напрочь. Об этой жидкости, которая играет здесь ту же роль, что бензин в двигателе внутреннего сгорания, он пишет такие нехорошие слова: «...подвод малокалорий­ной и низкокипящей жидкости оценивается как обычное материально-конструктивное обеспечение процесса».

Из всего этого делаются общие выводы — «законы, пра­вящие миром и природой», как сказал Р. Гук. М. А. Мамон­тов пишет:

«Изложенное показывает, что расширенные концепции тепла, работы и рабочего тела вносят радикальные изме­нения в анализ условий действия теплового двигателя. В частности, с позиций этих концепций оказывается непра­вомерным известный постулат Планка:

«Невозможно построить периодически действующую ма­шину, все действие которой сводилось бы к поднятию не­которого груза и соответствующему охлаждению теплового резервуара».

Этот постулат предполагает обязательность «компен­сации» за возможность периодического превращения те­плоты в работу1. Такая компенсация выражается потерей части подведенной теплоты вследствие передачи этой те­плоты в окружающую среду (холодильнику) в фазе пони­женного давления.

Так как в рассматриваемом периодически действующем двигателе в фазе повышенного давления работа соверша­ется за счет подвода теплоты из окружающей среды, то от­вод теплоты в фазе пониженного давления обратно в ту же среду невозможно отождествить с отмеченной выше ком­пенсацией».

Идеи М. А. Мамонтова не остались без продолжателей. Не дожидаясь реализации этих идей (ждать пришлось бы

Данном случае работа, затраченная на получение «низкокалорий­ной» жидкости, и связанная с ней отдача теплоты в окружающую среду как раз и есть та компенсация, о которой говорил М. Планк.

Долго), канд. техн. наук Н. Е. Заев тоже предложил двига­тель, в цилиндр которого впрыскивается жидкий азот (тем­пература — 196 °С). Эта мысль, родственная предложенной Триплером, действительно обеспечит движение двигателя. Азот, получая теплоту из окружающей среды, будет ис­паряться, давление вырастет и пневматический двигатель заработает. Но, восхищаясь этой блестящей идеей, и ее автор, и его поклонники [3.10] забывают ту же «мелочь», что и М. А.Мамонтов. Ведь жидкий азот надо получить! А это потребует затраты куда большей работы, чем даст двигатель.

Опять эта старая термодинамика со своей неизбежной «компенсацией»!

В другом труде проф. М. А. Мамонтова [3.18] излагается несколько иная концепция, которую он непосредственно связывает с той, которую мы разобрали. Эта «новая док­трина» изложена в статье, скромно названной автором «От структуры Карно к структуре Прометея». Она сводится по существу к уже известным положениям о возможности осуществления двигателя, работающего за счет «кругово­рота тепла». Если устранить терминологические насло­ения вроде «термогенный», «термомассогенный», «струк­тура Хоттабыча», «реверторная работа», «термомодератор­ная работа», «топливная система Прометея», «многопози­ционная система Уатта» и т. д., то останется старая идея, основанная на полном непонимании свойств теплового на­соса.

Автор подобно другим «инверсионщикам» думает, что тепловой насос может сделать то, чего он на самом деле не может — совершить чудо. Получив работу от тепловой машины, он должен выдать ей на верхнем температурном уровне столько теплоты, чтобы ее не только хватило на производство этой работы, но был бы и некоторый избы­ток. За счет этого избытка и будет произведена дополни­тельная работа, отдаваемая внешнему потребителю. Од­нако мы знаем, что насос такую задачу в принципе решить не может.

Корень заблуждения здесь тот же, что и у других те­оретиков ррш-2, — непонимание качественной стороны энергетических превращений. Радуясь, что тепловой на­сос дает много теплоты («больше, чем затрачено работы»), они забывают об ограниченной работоспособности — экс­ергии этой теплоты, которая в идеальной установке равна затраченной работе, а в реальной — меньше ее. Поэтому утверждение: «...постулат Клаузиуса, в обычной его форму­лировке, неполно отображает закономерность действия те­пловых насосов; Реальная закономерность выражается рас­ширенным постулатом Клаузиуса: «Регенерация тепла сама собой, без компенсации, неосуществима: при ее осуще­ствлении количественно компенсация значительно меньше регенерированного тепла» неверна.

На этой основе вместо «структуры Карно» создается «структура Прометея». Чтобы дать представление о ней, приведем несколько цитат. Комментировать их нет необ­ходимости: они говорят сами за себя. Нужна только расши­фровка мудреных терминов. Отметим для начала, что ТСП означает «теплосиловое превращение», ТНП — «теплона - сосное превращение», а ТМП — «тепломеханическое пре­вращение».

«Как уже отмечалось, невозможность полного превра­щения тепла в работу в закрытых ТСП обусловлена значи­тельным отводом тепла от рабочего агента в охлаждающую воду.

Так как согласно постулату Карно исключить этот от­вод тепла невозможно, то остается только один путь пол­ного превращения тепла в работу — каким-либо способом вернуть все тепло, отданное охлаждающей воде, обратно рабочему агенту в термоприточном органе.

В порядке решения рассматриваемой задачи ниже, в ка­честве «пристройки» к структуре закрытых ТСП, исполь­зован однофидерный теплонасосный блок». Полученный таким путем гибрид теплового двигателя и теплового на­соса автор называет «топливной структурой Прометея».

«Характерная особенность синтезированной структуры заключается в том, что органы механизма ТСП выполняют функции периферийных органов ТНБ и наоборот. Для того, чтобы топливная структура Прометея могла действо­вать (выдавать полезную работу), необходимо, чтобы ра­бота, переданная теплонасосному блоку от теплосилового, была меньше работы, производимой теплосиловым блоком.

Указанное условие выполняется в ходе подбора органов синтезированной системы.»

Отсюда смелый вывод:

«...Изложенным устанавливается, что полезная работа природной системы Прометея равна (при идеальном испол­нении системы) теплоте, введенной в механизм системы из окружающей природной среды, и что термический КПД системы равен единице.»

И заключение, в котором взамен устаревших положений Карно, Клаузиуса, Кельвина и Оствальда вводятся новые, «безусловно достоверные» замены:

«Указанные структуры приводят к утверждению, прямо противоположному постулату Кельвина-Оствальда: «Пол­ное превращение тепла в работу и превращение природ­ного тепла в работу осуществимы». Если постулат Кельви­на-Оствальда по его физическому содержанию может быть назван законом диссипации тепла, то данное утверждение с учетом его физического содержания можно условно име­новать законом круговорота тепла.

Доказательство правомерности закона круговорота те­пла заключено не только в структурах, адекватно отобра­жающих действительные ТМП, но и в факте существова­ния тепловых насосов и их особых закономерностей».

И, наконец, расширенная окончательная формулировка:

«...закон круговорота тепла выразится следующей рас­ширенной формулировкой:

1. Полное превращение тепла в работу осуществимо, если компенсация за регенерацию сточного тепла будет меньше работы, полученной за счет регенерированного те­пла.

2. Превращение природного тепла в работу осуществи­мо, если компенсация за регенерацию природного тепла будет меньше работы, полученной за счет регенерирован­ного природного тепла.

Безусловная достоверность расширенного постулата Клаузиуса означает безусловную достоверность закона кру­говорота тепла и безусловную реальность структур Проме­тея».

Все это было бы замечательно, если бы «если» в пп. 1 и 2 превратились в «поскольку». Мы видели, что это, увы, не так. В этом и причина невозможности создать такой действующий гибрид тепловой машины и теплового насоса. Казалось бы, чего проще — и то, и другое есть в любой приличной теплотехнической лаборатории: соединить их и показать «структуру Прометея» в работе. Со «структурой Карно» и другими классиками было бы покончено одним нокаутирующим ударом.

Остается сделать только одно замечание: едва ли стоило беспокоить для всего этого тень титана Прометея, давшего, по преданию, людям огонь. Ведь его имя в переводе с гре­ческого означает «провидец» — человек, смотрящий да­леко вперед. Покровителем теории «круговорота тепла», которая смотрит назад почти на два века, нужно взять другое лицо. Здесь больше подходит кандидатура брата Прометея. Эта фигура менее популярная, что и неуди­вительно. Эпиметей (что значит «крепкий задним умом») представлял собой полную противоположность своему ге­роическому брату. «Круговорот тепла» — «принцип Эпи - метея» — не заменит принципа Карно.

Вечный двигатель

Тепловой насос — чудо или не чудо?

Напомним принцип действия теплового насоса[35] (о нем уже шла речь в гл. 3). Независимо от типа и конструкции это устройство выполняет, как правило, одну функцию — отбирает теплоту Qo c …

Утверждение закона сохранения энергии. Революция в понятиях и терминах

В предисловии к английскому изданию «Капитала» Ф. Энгельс писал: «В науке каждая новая точка зрения вле­чет за собой революцию в ее технических терминах» [1.4]. Естественно, что такое событие, как установление …

Почему все же изобретают ррт?

До сих пор мы занимались в основном научно-техни­ческой стороной истории вечного двигателя, касаясь лишь попутно личных особенностей людей, связанных с ним. Но человеческая сторона дела тоже заслуживает внима­ния. Более того, …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.