Виктор Бродянский - Вечный двигатель — прежде и теперь. От утопии — к науке, от науки — к утопии

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 p О.С.и T О.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 T О.С., температура отработанного расширенного воздуха Т за турбиной будет ниже температуры окружающей среды T О.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 T Г, используемый в теплообменнике 3.

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. 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 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, что машина могла бы работать как двигатель) будет равен отношению результата (L + E 2) к затратам эксергии. Поскольку затраты равны нулю,

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 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%.