* Статья предлагается в порядке обсуждения. Мнение редакции журнала, основанное на классической научной школе, может не совпадать с мнением автора.

Монотермическая установка — альтернатива энергоносителям. Окружающее тепло — неисчерпаемый вид топлива. Создаём установку с таким топливом.

Соединяем вместе тепловой насос и тепловой двигатель способом, указанным в учебнике (например, [1]), как это показано на рис. 1. Минуя все теоретические изыскания, диапазон температур определяем от –30 до +20 °C.

Монотермическая установка . 8/2017. Фото 1

Рабочее тело для теплового насоса берём октафторциклобутан RC318 (C4F8), а для теплового двигателя в качестве рабочего тела выбираем трихлорфторметан R11 (CCl3F). У этих двух веществ принципиально разные термодинамические свойства. RC318 (C4F8) можно, как показано на диаграмме, из газовой фазы адиабатически сжать до полной конденсации в жидкость, в то время как у трихлорфторметана R11 (CCl3F) при таком же адиабатическом сжатии линия изоэнтропы уходит от линии конденсации.

Термодинамические диаграммы используем из [2]. Строим обратимые простейшие циклы и вычисляем по этим циклам КПД. Он, соответственно, для цикла на RC318 (C4F8) равен 14,6 %, а для цикла на R11 (CCl3F) составляет 19,7 %. Расставляем коэффициенты по движениям энергий в схему тандема «тепловой насос — тепловой двигатель» (рис. 1). Получаем схему, представленную на рис. 2.

Монотермическая установка . 8/2017. Фото 2

Как видно из схемы, тепловым насосом из нижней исходной точки (НИТ) отбирается 0,854 единицы тепла, а тепловым двигателем возвращается только 0,803 единицы тепла. Разница составляет δ = 0,051 единиц. Напоминаю, что такой вывод есть в любом учебнике по термодинамике в разделе, посвящённой доказательству теоремы Карно.

То есть для предотвращения понижения температуры НИТ в него необходимо «добавлять» извне 0,051 единиц тепла. Так как температура НИТ составляет –30 °C, то 0,051 единиц тепла можно взять из атмосферы (естественно, температура должна быть выше –30 °C) или из мирового океана. Результирующая механическая работа равна А – A = 0,197 – 0,146 = 0,051, что соответствует δ = 0,051.

Если выходная мощность теплового двигателя 19,7 кВт, то выход «дармовой» энергии составит 5,1 кВт.

Стоит отметить, что в идеале работа монотермической установки соответствует определению «вечного двигателя» в части 100 %-го преобразования тепловой энергии в механическую работу одним циклом. В реальности из-за потерь всех видов в механическую энергию будет преобразовываться менее 0,051 единиц тепловой энергии. И монотермическая установка под определение вечного двигателя не подходит. К тому же есть топливо — тепловая энергия (окружающее тепло).

Поскольку на диаграммах есть изолинии плотности рабочего тела, то без труда можно вычислить физические параметры монотермической установки при заданной выходной мощности: диаметр цилиндров, количество оборотов и т.д.

В 2000-х годах был произведён прорыв в термодинамике. В Америке нашим соотечественником Александром Калиной был создан водоаммиачный двигатель с выдающимися характеристиками, который работает при перепаде температур от +18 до +80 °C. Сейчас на таком тепловом двигателе работает вся геотермальная энергетика. Но почему-то никто не заметил, что появилась возможность создать более эффективную монотермическую установку (прошу не путать с двигателем!).

На интернет-ресурсе «Тенета» есть статья Александр Калины «Энергия упорства» [3], где изобретатель даёт интервью, посвящённое истории создания водоаммиачного двигателя и внедрения его в промышленность. Рабочие тела R11 и RC318 выбраны для наглядности. А для постройки опытного образца лучше выбрать водоаммиачный двигатель на тепловом цикле Калины и тепловой насос на RC318. Эти две машины имеются в свободной продаже.

Напоминаю, что δ = 0,051 единиц тепла мы берём снаружи системы, внутри которой находится тепловой насос и тепловой двигатель. А из этой системы наружу выходит крутящийся вал, к которому подсоединена нагрузка, например, электрогенератор. Получаем внешний вид монотермической установки, изображённой на рис. 3.

Монотермическая установка . 8/2017. Фото 3

Монотермическая установка даёт неограниченное количество абсолютно чистой и неисчерпаемой (пока светит Солнце и даёт тепло) энергии. Поэтому область её применения не ограничена.