Власов В.Н.
Извлечение тепловой энергии из воздуха.
Извлекать тепловую энергию из воздуха умеют давно и один из таких вариантов – это использованияе теплового насоса (рис.1). Правда на приведенном рисунке тепловую энергию предлагается извлекать из водоемов, грунтовых вод, горячих сточных вод и т.д. Вода, как известно, является очень эффективным и удобным аккумулятором тепла, и в отдаленной перспективе извлекать тепло для получения, например, электроэнергии, скорее всего, будут из вод Мирового Океана, так как воды на Земле очень много. Хоть она там и сильно соленая, но для этих целей такое её качество не принципиально.
Рис.1. Схема теплового насоса (очень хороший рисунок одного участника форума «Нетрадиционная энергетика»).
Но нет никаких препятствия для извлечения рассеянного тепла непосредственно из воздуха. Это можно сделать самыми разными способами, о некоторых из которых пойдет речь дальше. Конечно, установки, извлекающие энергию из воздуха получатся более громоздкими, чем аналогичные для морской или речной воды, но зато использование воздуха в качестве рабочего тела возможно практически в любой точке земного шара, например, в пустынях. Воздух после охлаждения в рабочем цикле будет сразу же возвращаться в атмосферу, компенсируя отобранное у него тепло за счет энергии солнечного излучения и подземного тепла Земли. Т.е., энергетические установки, извлекающие тепло из воздуха, при правильном с ними обращении и размещении по поверхности Земли будут более экологичными, чем аналогичные установки на воде. Мало того, такие установки могли быть стать частью системы по управлению погодой на Земле.
Принято считать, что тепловые насосы только могут концентрировать тепловую энергию окружающей среды и передовать её потребителю именно только в качестве тепловой энергии, например, для обогрева здания и производственных помещений. Мол, нельзя довести концентрацию тепла до такой величины, чтобы можно привести рабочее тело к состоянию, способному эффективно крутить, например, турбины. Но даже в таком виде полученная энергия выполняет очень полезную роль, так как для некоторых стран, таких как Россия, Швеция или Канада, нужна именно тепловая энергия. А для получения электроэнергии ничего ведь не мешает изменить схему теплового насоса на такую, в которой извлеченное из внешней среды тепло помноженное на давление рабочего тела уже будет способно совершать значительную работу (рис.2.). Просто надо в таком тепловом насосе дроссель совместить с турбиной. И крайне важно обеспечивать хорошую теплоизоляцию конденсатора от внешней среды, вплоть до использования зеркальных поверхностей, как это практикуется в термосе, а также оболочек с глубоким техническим вакуумом. Это превратит конденсатор, прежде всего, в аккумулятор тепловой энергии.
Такое техническое решение решает как раз ту проблему, о которой в своё время говорил Тесла. А имел он в виду то, что для получения энергии из внешней среды следует создать локальные зоны с повышенным и пониженным относительно окружающей среды плотностью энергии. Это как раз и решает изображеная на рис.2 схема. За счет дополнительных затрат энергии создается зона с пониженной плотностью энергии в испарителе и зона с повышенной плотностью энергии в конденсаторе. Ну а далее уже дело техники, с одной стороны, это соотношение поддерживать с помощью непрерывно работающего насоса, а с другой стороны полученную из внешней стреды энергию превращать в электроэнергию и уводить из зоны локального искусственно созданного неравновессия потребителя, тем самым поддерживя неравновесие и через этот процесс.
Рис.2.
И при правильном функционировании такой схемы объем полученной энергии оказывается больше затрачиваемой на перекачку насосом рабочей среды из испарителя в конденсатор. Потому что перекачивается рабочее тело как механическая среда, а работу совершает уже как среда термодинамическая. Т.е., если второй закон термодинамики мешает нам извлекать энергию окружающей среды в режиме статики, то мы заставим её (окружающую среду) делать это в динамическом режиме в полном соответствии со вторым началом термодинамики. И именно так решает проблему получения энергии любая форма жизни – в динамике и только в динамике. В полном соответствии с Вечным Движением Вселенной. Это в своё время прекрасно реализовал в своем колесе Орфиреус, и помогли ему в этом динамически работающие, с его слов, ангелы. В наше время Вечное Движение находит своё применение в тепловых насосах. И если внимательно присмотреться к любому энергоненерирующему процессу, то можно найти аналогию между ним и тепловым насосом. И в любом случае энергия генерируется при соблюдении одного, но важного условия – прежде, чем что-то получить, надо вначале что-то дать. Прежде чем начать получать энергию, например, от ДВС, его надо раскрутить рукояткой или от магнето.
Решение данной проблемы в глобальном масштабе упирается не в теоретическую невозможность такой безтопливной установки, а в способность людей адекватно разобраться в этом вопросе и найти оптимальное техническое решение. В конце концов, если на строительство ГЭС уходят десятилетия и миллиарды долларов, а также миллионы и более тонн самого разного сырья, и люди находят такое занятие выгодным и приятным, то строительство экологически чистых энергоустановок на базе продвинутых тепловых насосов, доставит людям не меньшее удовольствие за примерно такое же время и такие же деньги. Бесплатный сыр бывает только в мышеловках. И как раз использование нефти, газа и угля медленно, но верно загоняют нас в мышеловку, в энергетический и исторический тупик, для выхода из которого всем нам придется заплатить большую цену. Если, вообще, успеем, из этой мышеловки выскочить.
И как вариант извлечения тепловой энергии из окружающего атмосферного воздуха можно считать то, что предложено Ю.А.Володько в его фундаментальной работе «Ламинарное истечение сжатого воздуха в атмосферу и безтопливный монотермальный двигатель. Русское физическое общество. 1998 г.». Он своими экспериментами доказал, что работа по сжатию воздуха меньше той работы, которую совершает воздух, вытекающий затем из ресивера в ламинарном режиме через сопла самой разной конструкции. По моим представлениям такой процесс можно осуществлять по схеме, показаной на рис.3.
Рис.3.
Посмотрим внимательно на рис.3. Если внешнюю среду считать за испаритель, а резервуар со сжатым воздухом за конденсатор, то перед нами самый настоящий тепловой насос. И значит на выходе ламинарных сопел мы можем получить энергии больше, чем будем тратить при закачке атмосферного воздуха насосом в термоизолированный ресивер. Именно за счет привлечения тепловой энергии окружающей среды как среды термодинамической, тогда как закачиваем мы насосом воздух в ресивер как среду механическую.
Ю.А.Володько в своей работе не пишет о необходимости термоизоляции сжатого воздуха, как одного из важных условий этого процесса. Возможно это было связано с тем, что в экспериментальной установке, с которой работал Ю.А.Володько, воздух сразу же после сжатия подавался в сопла, т.е. он просто не успевал существенно остыть после адиабатического или изотермического сжатия. Если бы Ю.А.Володько посвятил бы этому вопросу отдельный эксперимент, то вполе возможно он бы получил совсем иной результат. Ну, например, если между накачкой воздуха в ресивер и выпуском его через сопла имел бы место временной промежуток в несколько суток, то, скорее всего, никакого прироста энергии Ю.А.Володько не зафиксировал, или этот прирост был бы меньше, так как разрыв во времени между закачкой воздуха и его выпуском через ламинарные сопла разрывал бы и сам динамический процесс, тепло окружающей среды просто не успевало бы подключиться к процессу формирования более мощного энергетического потока на выходе из установки. В своей работе он как раз отмечает, что кто-то повторял его опыты, но получил отрицательный результат.
Дело в том, что анализ простейших формул для идеального газа показывает, что если вначале сжать газ адиабатически, а затем сразу же дать ему возможность расшириться изотермически, а значит поглотить при этом тепло окружающей среды, то работа по сжатию газа будет меньше той работы, которую совершит газ при изотермическом расширении. В этом нет никакой тайны. Достаточно взять справочник по физике, найти там формулы, по которым вычисляется затраты энергии для сжатия газа в изотермическом и адиабатическом режимах, и всё станет понятно. Внимательное чтение работы Ю.А.Володько как раз и показывает, что суть его открытия, изобретения и предложений по использованию, заключается в том, чтобы воздух сжимая в адиабатическом режиме, тут же выпускать серез сопла в ламинарном и изотермическом режиме. Для этого он и предлагает использовать быстроходные производительные и малоинерционные воздушные насосы, ибо только высокопроизводительные насосы обеспечат максимальное приближение к режиму адиабатического сжатия, особенно в условиях слабой термоизоляции сжимаемого воздуха, а также поддержания необходимой динамики процесса в установке. И тогда станут реальными нетрадиционные летательные аппараты, схему движителя которого приводит Ю.А.Володько в своей работе (рис.4.)
Рис.4. Схема нетрадиционного летательного аппарата Ю.А.Володько.
Естественно для подобных летательных аппаратов необходим соответствующий двигатель. Не исключено, что в будущем на этом эффекте можно будет создавать летательные аппараты для индивидуального пользования. Например, в виде крыльев, как у ангелов или инопланетян. Остается только надеяться, что подобные конструкции потихоньку разрабатываются, пока еще в военных целях, на оборонных заводах России или США. Иначе зачем кому-то в последнее время потребовалось дискридитировать современную авиацию: аварии, задержки с рейсами, якобы, из-за отсутствия горючего? Похоже на пробный шар, а вдруг народ слезно начнет просить создать воздушные средства передвижения, использующие в качестве горючего забортное тепло.
Принциальная схема монотермического двигателя, предложенная Ю.А.Володько показана на рис.5.
Рис.5. Схема монотермического двигателя Ю.А.Володько.
По расчетам Ю.А.Володько такой двигатель размерами в 3-5 метров может дать 0.5‑1.0 Мватт мощности. Возле такого двигателя будет холодно, так как выходящий из двигателя воздух будет охлажаться до -30 градусов по Цельсию, его надо будет сразу же смешивать с более теплым воздухом. Значит в направлении такой станции будет дуть теплый воздух, что надо будет учитывать при выборе места строительства такой электростанции. И технически это не означает, что такой двигатель будет проще, чем, например, ДВС, но речь ведь идет об экологичности при получении необходимой энергии, когда Земля будет обезопасена от повышения температуры и глобального потепления.
Заставить сжатый воздух вырабатывать электроэнергию можно не только с помощью монотермического двигателя в том виде, какой предложил Ю.А.Володько. Сжатый воздух можно заставить расширяться под водой, например, поднимая специальные колоколы установки с непрерывным элементом. Подобные установки широко рекламирует Маркелов В.Ф. Но он там не акцентирует внимание на разнице в затратах энергии на адиабатическое и изотермическое сжатие порции газа (воздуха), его в его установках больше привлекает возможность использования тепла воды, например в бросовых или канализационных водах. Т.е., в установках Маркелова В.Ф. предполагается изначально, что температура воды больше температуры подаваемого на глубину воздуха. Но это не так принципиально.
Поэтому предлагается простой вариант энергетической установки, вариант теплового насоса (рис.6).
Рис.6.
Зона с разряженным воздухом должна иметь тесный контакт с окружающим воздухом или водой, а вот насос для перекачки воздуха из зоны с пониженным давлением в зону с повышенным давлением, а также и сама зона с повышенным далением должны быть теплоизолированы от окружающей среды. Т.е.. действительно, опять получается типичный тепловой насос, в котором важную роль играет сила Архимеда, в задачу которой будет входить вращение колеса. В качестве зоны с разряженным воздухом прекрасно может сыграть вся атмосфера. Но при прокачке сжатого воздуха через воду мы теряем главное – возможность привлечь из атмосферы дополнительное тепло через механизм присоединённых масс. Как неоднократо подчеркивал Кондрашов, эффект присоединённых масс позволяет увеличить на выходе установки энергии в несколько раз больше, чем будет тратиться на нагнетание воздуха на входе.
Считаю, что работе Ю.А. Володько уделяется недостаточное внимание. А пора бы…
Ю.А.Володько. «Ламинарное
истечение сжатого воздуха в атмосферу и безтопливный монотермальный двигатель.
Русское физическое общество. 1998 г.». В формате
djvu.
18.12.2008.
