Техника - молодёжи 1997-07, страница 11

ТЕХНОДРОМ

Десять лет назад

сотрудник ВНИИ-

ОФИ (института ^^^^^^ ^Ж

оптико-физичес-

ких измерений),

кандидат физико- /^Ъ V

математических J

наук В. Ф. РОМА- W^B^^L^^^^k НОВСКИЙ с удив- H^^Hfl лением понял, что

есть возможность построить двигатель принципиально нового типа, идея которого, несмотря на предельную простоту и очевидность, кажется, еще никому не приходила в голову...

Беседу с московским изобретателем ведет наш специальный корреспондент, главный редактор телепередачи «Технодром им. Кулибина» Андрей САМОХИН.

КРИОМОБИЛЬ: НАДЕЖДЫ, СОМНЕНИЯ, ФАКТЫ

В ТОПЛИВНОМ БАКЕ... ВОЗДУХ

— Владимир Федорович, судя по всему, принцип нового двигателя, действительно, настолько прост, что его можно объяснить, как говорится, на пальцах?

— Действительно. И додумался я до него тоже как-то просто. Вспомнилась обычная криогенная машина, с которой приходилось сталкиваться по работе. Когда она ожижает определенный объем воздуха, то затраченная на это энергия передается в атмосферу в форме тепла, отнятого от данного объема — все как в бытовом холодильнике. Атмосфера же эту энергию накапливает подобно огромному аккумулятору.

И я представил себе, что будет, если теперь пустить процесс наоборот — подать порцию сжиженного воздуха в некую теп-лообменную систему, чтобы он снова испарился. Естественно, тогда он заберет из атмосферного аккумулятора «свою законную» долю энергии, затраченную ранее на ожижение. В итоге воздух либо расширится до прежнего объема, либо создаст высокое давление в объеме замкнутом. В обоих случаях извлеченное из атмосферы тепло превратится в механическую энергию (кинетическую или потенциальную соответственно). А она, в отличие от рассеянной тепловой, способна совершать работу. Значит, на основе этого обратного процесса можно построить двигатель принципиально нового типа. Точнее, даже два разных двигателя: турбинный, где струя расширяющегося воздуха будет вращать лопасти, и поршневой, где воздух высокого давления будет работать в цилиндрах.

— Что же получается? Ваши двигатели, скажем так, с помощью жидкого воздуха будут использовать тепло окружающей среды? То самое, даровое..?

—То самое, только не даровое. Я же не зря вначале упомянул об энергии, ЗАТРАЧЕННОЙ на ожижение. Она-то, в конечном счете, здесь и работает. Точнее, ее часть, с учетом КПД системы. Но для транспортных средств подобный мотор имеет ряд преимуществ перед обычным карбюраторным или дизельным. Прежде всего, из выхлопной трубы «криомобиля» будет выходить, как вы понимаете, чистый воздух. Причем

его можно сколько угодно ожижать снова и заливать в криобаки. А вот нефть рано или поздно кончится — и нефтяное топливо из выхлопных газов автомобиля «обратно» не синтезируешь.

— Если уж заговорили о топливе... Известно, что самый энергоемкий газ — водород. Один его килограмм дает в три раза больше тепла, чем бензин. Почему вы не пошли по «водородному пути»?

— Простите, но вы заговорили о совершенно другом процессе — о СЖИГАНИИ ГОРЮЧЕГО, то есть об использовании ХИМИЧЕСКОЙ энергии. А криодвигатель утилизирует ТЕПЛОВУЮ, затраченную на ожижение газа. Хотя теоретически этот газ может быть каким угодно — азот, кислород, тот же водород, — но здесь он в любом случае НЕ СГОРАЕТ, А ИСПАРЯЕТСЯ. Как вода в котле паровой машины или, опять-таки, турбины. Однако там воду приходится еще кипятить, что требует, конечно, сжигания топлива, тогда как для испарения жидкого газа достаточно комнатной температуры. Простейшие опыты показали, что в закрытом сосуде при этом развивается давление в сотни атмосфер.

Таким образом, сжиженный газ — строго говоря, не топливо, а особого рода рабочее тело — подобное тому же пару в паровой машине, но с новыми, специфическими и очень выгодными свойствами.

Что касается водородного транспорта (несомненно, вполне перспективного), то он давно разрабатывается и реализуется без меня. Здесь имеются свои серьезные проблемы — прежде всего способ хранения топлива (в ДАННОМ случае — именно топлива!) на борту автомобиля. Не буду вдаваться в подробности, но запасать водород в сжиженном виде — далеко не всегда оптимальный вариант. Правда, большие объемы этого газа можно связывать гидридами металлов, например титана. Но такие поглотители в десятки раз тяжелее самого горючего, да и стоят недешево. А проблемы ожижения и хранения воздуха и азота давно решены в промышленных масштабах.

— Хорошо, пусть не топливо, а рабочее тело. Но, как ни назови, а «тело» тоже чего-то стоит. Так не слишком ли дорого оно обойдется?

— Цену можно прикинуть по энергозатратам на производство. Ориентировочно для получения килограмма жидкого воздуха оборудование потребляет один кило-ватт-час электроэнергии, который стоит сейчас от 150 до 250 рублей.

— А эффективность, энергоотдача?

— В первом приближении испарение того же килограмма отбирает у окружающей среды 0,5 — 0,6 МДж тепловой энергии. Причем, по моим оценкам, около 80% ее можно превратить в механическую работу, то есть в энергию движения. Это и есть КПД криодвигателя — 0,8; а у ДВС в лучшем случае — 0,35. Неплохо?

— Даже изумительно, но... Ведь вы только что назвали цифру, пусть приближенную — один киловатт-час на килограмм. Джоуль — это ватт-секунда. Пересчитав, получаем 3,6 МДж, а вовсе не 0,5 — 0,6. Выходит, и реальный КПД вб — 7 раз меньше. Собственно, это не мое соображение — так сказано в отзыве института «Криоген-маш»...

— Естественно, энергозатраты на ВЫРАБОТКУ нашего «тела» заметно выше. Только давайте мерять одной меркой: то же самое справедливо для любого энергоносителя. Возьмем снова бензин: ведь и на перегонку его требуется немало энергии, и на добычу сырой нефти — а тогда почему не прибавить и издержки на производство необходимого оборудования... в общем,

эта цепочка бесконечна. И потому при расчетах КПД двигателя внутреннего сгорания — ДВС — учитывают только химическую энергию самого бензина; а затраты на его получение заложены в стоимости. Так и здесь. (Поскольку на данный вопрос ответ получен, соответствующий текст публикуемого ниже отзыва мы опускаем.— Ред.)

ИНЖЕНЕРНЫЕ БАРЬЕРЫ

— Есть ли у вас хотя бы макет нового двигателя - пусть в самом простом варианте?

— Как я уже говорил, в принципе криодвигатель может быть и турбинным, и поршневым. Поначалу более простым мне показался первый Но при создании действующей модели турбины сразу же возник ряд проблем. Прежде всего выяснилось, что газ, вырываясь из сопла, очень быстро расширяется, охлаждается и, понятно, теряет энергию. Компенсироват ₅ это можно только скоростью струи, и тут она должна превышать скорость звука. Но каким тогда нужно делать сопло, как оно себя поведет при этом — неизвестно.

Поэтому в струю газа я добавил воду комнатной температуры, распылявшуюся форсункой на входе в канал сопла. Водяная взвесь уменьшает скорость струи до 80 м/с, забирая у газа значительную часть энергии, не дает ему сильно охладиться,

Криомобиль? Это очень просто! Главные отличия от обычной «легкоаушки» — теплообменник (1) вместо радиатора и большой (очень, очень большой...) сосуд Дьюара с жидким воздухом (2) вместо топливного баке. Кроме того, цифрвми обозначены; 3 — блок подачи жидкого воздуха; 4 — атмосферный воздух — носитель тепловой энергии; 5 — пневмодвигатель сверхвысокого давления; 6 — прохладный воздух для кондиционирования кабины; 7 — выхлоп (опять-таки чистый воздух!).

да еще поглощает дополнительное тепло из окружающего воздуха. И с меньшими потерями доносит все это до лопаток. Что ж, турбинка закрутилась. Однако использование воды породило новые проблемы, прежде всего — создания замкнутого ее кругооборота. Ведь запасать нужный объем воды на все время работы двигателя, вдобавок к самому жидкому воздуху, немыслимо.

— Значит, остался только поршневой вариант?

— На сегодня он выглядит предпочтительнее. Хотя, конечно, и на этом пути предстоит решить ряд специфических проблем. Например, у традиционного ДВС среднее давление в цилиндрах составляет несколько десятков атмосфер, а здесь — по крайней мере, на порядок выше. При-

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 7 '9 7

9