Юный техник, 2005 № 11 - [14]
1— трубопровод горячего воздуха;2 — оболочка с легким газом;3 — всасывающая труба; 4 — фотоэлементы;5 — воздуходувка;6 — вихревая труба; 7 — выпуск холодного воздуха;8— аккумуляторы.
Внутри внешней оболочки теплового аэростата расположена еще одна, наполненная водородом или гелием, для создания дополнительной подъемной силы. Воздух во внешней оболочке подогревается солнцем и теплом, которое извлекает из внешней среды вихревая труба. Вот как это предлагает делать Кирилл.
Вся поверхность аэростата покрыта пластинками солнечных батарей, подающими энергию воздуходувке, питающей вихревую трубу. Подробно о ее работе мы писали в «Ют» № 12/01. На выходе трубы создается поток горячего воздуха. Он поступает во внешнюю оболочку аэростата и создает подъемную силу. Часть энергии солнечных батарей направляется в аккумуляторы для подогрева воздуха в ночное время. Таким образом, аэростат получает возможность держаться в воздухе неограниченно долго.
Предложение Кирилла в целом остроумно. Однако применение в качестве теплового насоса вихревой трубы, вероятно, не лучшее решение. Да, вихревая труба проста и имеет малый вес и размеры. Но энергетически она не выгодна. На каждый джоуль электроэнергии, подведенной к мотору ее воздуходувки, дает лишь 1,1 Дж тепла. Хотя более совершенные тепловые насосы, представляющие собою сочетание воздуходувки с турбиной, на каждый джоуль электроэнергии дают 2,5 Дж тепла. При этом они не намного тяжелее вихревой трубы. Как показывают расчеты, с таким тепловым насосом солнечный аэростат Дивщепольского сможет летать и без помощи оболочки с легким газом.
ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ.
…нового типа предложена членом Клуба «Юных изобретателей» Женей Логуновым.
Как устроена тепловая электростанция, вы, наверное, знаете. На них обычно стоят паровые турбины, вращающие электрогенераторы. Пар для них получается в громадных котлах, размером с десятиэтажный дом, за счет теплоты горения угля, газа или мазута. На некоторых электростанциях тепло получают от ядерных реакторов. Прошедший через турбину пар конденсируют, охлаждают, превращают в воду и ее возвращают в котел. При этом теряется очень много тепла.
Можно сделать турбину попроще и получить КПД примерно 35 %. При этом пар на ее выходе будет иметь высокую температуру (около 150 °C). Сконденсировав его, высвободившееся тепло можно направить в жилые дома, использовать для других хозяйственных нужд. При этом более 70 % топлива будет использовано с пользой.
Если электростанцию приходится строить вдали от жилых массивов, к турбине добавляют дополнительные ступени, с которыми энергия пара используется более полно, с КПД 40–45 %. Пар, выходящий из турбины, имеет температуру 20–25“С. Его охлаждают потоками воды, пропуская по трубам, в специальных башнях-градирнях или особых бассейнах. В конечном итоге вода отдает свое тепло атмосфере. Система охлаждения такой электростанции — ее называют конденсационной — может занимать площадь в несколько квадратных километров. Часть охлаждающей воды — а это сотни тонн в сутки — испаряется. Вот от этого громоздкого хозяйства и должно освободить электростанции изобретение Жени Логунова.
Суть его проста. Электростанция приводит в действие мощную воздуходувку, от которой работает все та же вихревая труба. Она создает сильный поток очень холодного воздуха (до минус 60 °C), обдувающий трубы с паром, вышедшим из турбин. Пар охлаждается, а тепло его уходит в атмосферу. Вся система охлаждения электростанции становится очень компактной и практически не расходует воду.
Казалось бы, задачу Женя решил просто и изящно. Но при ближайшем рассмотрении она оказывается неосуществимой опять же из-за низкой экономичности вихревой трубы. В режиме получения холода она расходует в 7–8 раз больше энергии, чем обычный холодильник. Электростанция, построенная по предложенной схеме, должна была бы только на привод воздуходувки израсходовать почти 90 % своей мощности.
Но вместо вихревой трубы можно было бы применить мощную холодильную установку, действующую, например, по принципу домашнего холодильника. В этом случае на привод ее агрегатов ушло бы примерно 15 % мощности турбины, а КПД электростанции снизился бы до 28–30 %. Если бы мы согласились иметь электростанцию с такой низкой экономичностью, а значит, с большим расходом топлива, то можно было бы использовать турбину с небольшим числом ступеней. Покидающий ее пар имел бы температуру 150–200 °C. Его можно было бы пропускать по трубам и без проблем охлаждать уличным воздухом…
И все же предложение Жени Логунова с некоторыми поправками может быть полезно, например, для местностей с коротким и жарким летом и недостатком воды. Здесь кратковременное подключение охлаждающего устройства будет экономически оправдано.
P.S. В этом выпуске ПБ дважды прозвучало замечание о низкой экономичности современных вихревых труб. Это устройство известно более полувека, но физика его действия по-прежнему ясна не до конца. Недавно удалось узнать о. работе вихревых труб новые, совершенно удивительные факты. О них мы расскажем в одном из ближайших выпусках ПБ.
