По страницам старых публикаций
Со слесарем Николаем Ефимовичем Мартьяновым я познакомился в 1967 году, когда впервые прослышал о его увлечении необычными тепловыми двигателями. Один из них от тепла стеариновой свечи вращался со скоростью до 300—400 об/мин, другой мог колебаться неделями за счет разности температур воздуха и смоченной водой пористой перегородки. А третий бешено крутился в течение часа, если в его бачок заливали полтора литра горячей воды. Эти же двигатели могли работать, используя энергию солнца.
Новые тепловые двигатели отличались от всех известных тем, что рабочим телом в них был не газ, не пар, не жидкость, как обычно, а твердое вещество, например металлическая проволока. Чтобы понять, как этот двигатель работает, придется преодолеть некоторое внутреннее сопротивление. Вам может показаться, что он так же нереален, как способ барона Мюнхгаузена вытаскивать из болота самого себя за волосы.
Представьте себе два шкива разного диаметра, соединенных жестким ремнем (рис. 1). В двух местах шкив разрезан: с одной стороны вставлен сильфон, с другой — пружина. Если сильфон подогреть, он расширится. На эту же величину сожмется пружина, и оба шкива повернутся друг другу навстречу на определенный угол. Это еще не вращательное движение, но сам факт очевиден. В этом устройстве происходит непосредственное преобразование внутренней энергии в механическую. В том, как устроен и работает проволочный двигатель, вы можете легко разобраться по схематическому рисунку (рис. 2).
Небольшой очерк о работах Мартьянова и его соавторов в одной из редакций был встречен с сомнением. Демонстрация действующих моделей реабилитировала автора, но надо было убедить и читателя. Тогда придумали заголовок: «Если б не видел своими глазами». И все же информацию о термомеханическом двигателе никто всерьез не принял. Правда, и сам Мартьянов вскоре перестал заниматься «проволочными» двигателями: слишком мал их КПД.
Но вот в начале 1972 года в сообщении об итогах Всесоюзного конкурса на создание солнечных водоподъемных установок в числе победителей были упомянуты фамилии Н. Е. Мартьянова и его коллеги инженера Л. И. Рабиновича.
Предположение, что знакомые изобретатели вновь вернулись к своим прежним идеям, сдерживало интерес к их работе. И вдруг в середине лета раздался телефонный звонок: Мартьянов приглашал приехать в подмосковный город Ивантеевку к 12 часам в любой солнечный день. Нетрудно было догадаться: в это время солнце наиболее яркое, следовательно, состоится демонстрация «солнечных» двигателей. В один из погожих дней (а их было в 1972 году очень много) мы встретились в Ивантеевке. Словно на параде выстроились модели фантастических устройств. И все они вращались, колебались, «дышали», качая воду или поднимая грузы. Ни в одном из них не было ни полупроводниковых преобразователей, ни концентратора со следящей системой, ни каких-либо других вторичных приборов. Лучи солнца, нагревая поверхность котла-парообразователя, приводили ту или иную модель в движение. На некоторые солнечные двигатели авторы оформили заявки на предполагаемое изобретение, и до решения Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий рассказывать об их устройстве им было нельзя. Но с одним из них — пульсирующим «солнечным» двигателем, на который уже получено авторское свидетельство, мы познакомимся.
Вам, хотя бы в общих чертах, известен импульсный характер работы сердца и замкнутая схема циркуляции крови в организме. Примерно так же построен пульсирующий двигатель (рис. 3). Он состоит из двух расположенных рядом, подобно желудочкам сердца , нагревательных котлов. Они соединены крест-накрест кольцевой трубкой-конденсатором и заполнены легкокипящей жидкостью (фреоном, эфиром или ацетоном). Под действием солнечных лучей жидкость испаряется и давление паров в котлах поднимается. Достигнув определенной величины в одном из котлов, пары преодолевают гидростатическое сопротивление столба жидкости в трубе конденсаторе и вытесняют ее в соседний котел, в котором давление в данный момент оказалось меньшим.
При этом возникает реактивный момент, который нетрудно использовать для совершения механической работы. Вы, вероятно, подумаете, что в описании работы двигателя допущена ошибка или что-то не договорено. Почему срабатывает только один из котлов, а не оба сразу? Причина в том, что сделать два абсолютно одинаковых котла невозможно: разница в толщине стенок, неодинаковое количество жидкости, небольшая неравномерность нагрева и т. д. неминуемо приведут к тому, что в одном из котлов жидкость закипит несколько раньше, чем в другом. А после первого импульса двигатель начнет работать с периодичностью маятника ибо после выброса паров давление в котле резко падает. В интервале между очередными циклами пары в трубке конденсируются, образуя столб жидкости для очередного цикла.
Вот солнце скрылось за облаками, и двигатель останавливается, дрожа как приготовившаяся к прыжку кошка. Но стоит солнцу засиять снова, и двигатель автоматически выходит на режим автоколебаний, при котором его КПД наиболее высокий. Понятие «высокий», конечно, весьма относительно. Если бы удалось в реальном двигателе использовать хотя бы на 3—4% солнечной энергии, падающей на поверхность котлов, эффективность подобных двигателей было бы трудно переоценить. Они просты в изготовлении, надежны и не требуют ухода во время эксплуатации.
Ученые подсчитали, что солнце посылает на землю сотни миллиардов джоулей энергии. Это несравненно больше, чем нужно человечеству для удовлетворения всех его энергетических потребностей. Если продолжить расчеты дальше, то окажется, что утилизация солнечной энергии с одного квадратного километра в течение полугода равносильна сжиганию 100 тыс. т каменного угля. По самым скромным подсчетам, ядерного горючего на солнце хватит на миллиарды лет.
Начиная с глубокой древности, люди использовали солнечные лучи для сушки продуктов и нагрева воды. Сейчас солнечные водонагреватели, конечно, несравненно более совершенные, получают все большее распространение. В Японии их более миллиона, а в США их выпускают и продают несколько миллионов штук ежегодно. К сожалению, в нашей стране солнечных нагревателей пока еще мало. Следует заметить, что многие оригинальные конструкции солнечных установок были созданы в СССР раньше, чем за рубежом. Зарубежные фирмы используют принципы устройства солнечных кухонь, сушилок, опреснителей, опубликованные в СССР очень давно. Познакомимся с некоторыми из них.
Еще в 1890 году московский профессор В. К. Цесарский получил с помощью сконструированного им солнечного параболоидного зеркала температуру порядка 3500° и одним из первых исследовал процессы плавки металла с помощью энергии солнца. Между прочим, уже в то время в его квартире действовал электрический звонок, питающийся током от солнечных батарей.
Отец и сын Б. П. и В. Б. Вайнберги в 20-х годах построили опытные образцы солнечных сушилок, теплиц, опреснителей, кухонь, кипятильников и других аппаратов, которые в принципе не устарели и в наши дни.
Конструкцию современного фасетного (мозаика из небольших зеркал) способа создания концентраторов солнечных лучей предложил в 1926 году советский исследователь В. Е. Бухман. Ему принадлежат также идеи и образцы оригинальных солнечных бытовых кухонь и фасетного рефлектора для лечения больных. В течение многих лет эти рефлекторы испытывались в разных районах страны и показали хорошие результаты. Первая в мире лечебница, основанная на применении импульсного облучения больных сфокусированными солнечными лучами, была организована в Алма-Ате более 10 лет назад.
Наиболее просты по своему устройству солнечные водонагреватели. Такую установку вы можете сделать сами. Посмотрите рисунок в конце статьи и рисунок 4: перед вами два варианта одного и того же солнечного нагревателя. Такая установка пригодится и в пионерском лагере, и на даче, и в сельской местности. Для устройства солнечного водонагревателя вам понадобится бак или металлическая бочка, которые будут служить хранилищем — аккумулятором горячей воды; некоторое количество металлических труб, доски для устройства ящика и оконное стекло или полиэтиленовая пленка.
Чтобы увеличить поверхность нагрева, из труб сделайте змеевик и поместите его на дно или посередине плоского ящика, выкрашенного внутри черной краской. Верхнюю часть ящика закройте стеклом или пленкой, желательно как можно плотнее. Ящик со змеевиком поставьте наклонно с таким расчетом, чтобы лучи полуденного солнца падали перпендикулярно к поверхности стекла. В средних широтах угол наклона ящика не должен превышать 30—45°.
Бак нужно поставить так, чтобы уровень воды в нем был несколько выше самого верхнего витка трубы-змеевика. Теперь остается соединить нижнюю ветвь трубы с нижней частью бака, а верхнюю — с верхней. Бак можно заливать водой из шланга или подвести к нему водопровод. В этом случае придется следить, чтобы вода не переливалась через край. Можно, конечно, поставить автоматический питатель с запорным клапаном. Не появится ли у вас мысль: «Зачем сооружать довольно сложную систему, если солнце и так отлично нагреет воду в металлической бочке?» Да, нагреет, но до какой температуры и всегда ли?
Известный советский специалист в области использования солнечной энергии Б. В. Петухов, как бы предугадывая ваши возражения, провел специальное исследование. В ясный безоблачный день он поставил на солнцепек бак емкостью 5700 л. Опыт проводился в Туркмении.
В течение дня температура воздуха поднялась с 20 до 28°, а вода в баке нагрелась до 21° в нижней части бака и до 24° в верхней части бака. Тот же опыт с солнечными нагревателями типа «черного ящика», описанного выше, позволил получить воду с температурой 41° внизу и 58° в верхних слоях воды. Даже ранней весной и поздней осенью в «черном ящике» можно нагреть воду до температуры 40—45°.
И. Эльшанский, 1976г
Смотрите также: Необычные тепловые двигатели