О возможности создания монотемпературного преобразователя теплоты в работу

Ю.Е.Виноградов

За рубежом удельная стоимость оборудования атомной энергетики не превышает 1500 долларов за кВт, в России планируют строительство плaвучей атомной электростанции с плановой удельной стоимостью $5 000 за кВт, а реально получится $10 000. Почему?

Атомники думают, что им конкуренции не будет в будущем! От имени авторов предлагаю реферат статьи, из которой становится понятно, что есть теоретическая база под заявлением о том, что можно создать бестопливные, не опасные в радиационном отношении, не притягательные для террористов, 100%-ной заводской готовности агрегаты мощностью до 10 тыс. кВт по цене менее 200 долларов за кВт мощности. Разработанный преобразователь теплоты окружающей среды в механическую работу преобразует до 65% энергии в полезную работу, а остальное тратит на внутренние нужды. Предлагается вспомнить, как же доказывается невозможность создания монотемпературного преобразователя теплоты в механическую работу.

Авторы – популяризаторы термодинамики, Р.Фейнман и В Бродянский [1] и [2], стр. 110 и 133, соответственно, объединяют две тепловые обратимые машины, работающие между температурой подвода теплоты Тподв. и температурой холодильника Тхолод. так, что машина, включенная в прямом направлении, производит много бросовой теплоты и немного механической работы, а тепловая машина, включенная в обратном режиме (холодильная машина), должна выносить из-под первой машины всю бросовую теплоту в нагреватель, причем приводиться в действие вторая машина должна частью выходной работы первой машины1.

1Доказательство Фейнмана и Бродянского приведено в приложении.

В доказательстве утверждается, что работа, выработанная тепловой машиной равна работе, затрачиваемой на привод холодильной машины, и внешнему пользователю не достанется полезного эффекта от такого симбиоза двух машин.



Однако, конструкторами паровых энергоблоков, например ТВМ-300 на Каширской ГРЭС (турбина СКР-100-300) [3], предусмотрен поэтапный нагрев рабочего тела. Сначала питательная вода подогревается отобранным паром, который идёт на турбину привода питательного насоса (нагревается вода до 2700С). Потом рабочее тело поступает в самый последний, по пути следования печных газов, теплообменник и отбирает теплоту у дымовых газов (подогревается вода до 3210С), потом вода поступает к топке и охлаждает форсунки топки (нагреваясь дополнительно до 4060С). Потом пар поступает в створ движения топочных газов, нагревается до 6550С и подаётся на турбину высокого давления.

Вопрос: Почему подобную процедуру нельзя предусмотреть при нагреве рабочего тела в первой, прямой тепловой машине монотемпературного преобразователя?

Ответ: Подобную схему не только можно применить, но и нужно! Для реализации этой идеи следует применить сложный тепловой насос, у которого холодный радиатор будет общий, а горячих радиаторов теплового насоса может быть несколько, например, четыре. Только четвёртый (из 4-х) радиатор теплового насоса должен выносить теплоту на температуру подвода теплоты к тепловой машине Тподв.. Три из 4-х радиатора должны выносить теплоту на более низкую температуру и передавать теплоту в нагреваемое рабочее тело. В таком случае, будет требоваться, на привод сложного теплового насоса, меньше энергии, чем, если бы работал один тепловой насос и выносил бы он бросовую теплоту в нагреватель.

Следствие из ответа на вопрос:

Применив такой сложный тепловой насос в схеме монотемпературного преобразователя теплоты в механическую работу, придётся признать, что затраты на привод такого распределённого теплового насоса окажутся меньше теоретических, появится некоторая экономия выходной работы тепловой машины преобразователя и эта экономия может составлять ВЫХОДНУЮ ПОЛЕЗНУЮ РАБОТУ ДЛЯ ВНЕШНЕГО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ!!!

Вывод

1. Предлагается, с этого момента, не вкладывать уничижительных мотивов в отношении лиц, которые конструируют монотемпературные преобразователи теплоты – вечные двигатели второго рода!

2. При технической экспертизе проектов топливосбережения никогда не пользоваться вторым началом термодинамики. В данной статье показано, что даже средствами обратимых машин можно сэкономить на затратах привода теплового насоса, а сэкономленную энергию передать внешнему потребителю.

Библиография
1. Фейнмановские лекции по физике, Стр.122, вып. 4, изд. 4-е, испр. – М, Едиториал УРСС, 2004. – 264с.
2. В.М.Бродянский, «Вечный двигатель прежде и теперь», Москва, Физматлит, 2002г., библиография - 91 источник.
3. Н.Васильев и др. «Каширская ГРЭС…» Наука и жизнь, №12, 1980г. Стр.2 – 7.


Приложение

Во избежание кривотолков, можно ещё раз пройти по пути доказательства, выполненного в рамках примитивной и вульгарной физико-математической модели с равномерным распределением теплоты по температуре, которую предложили В. Томпсон (лорд Кельвин), Р. Клаузиус, М. Планк.

Итак, к настоящему времени, теплородистами (официальной термодинамикой), безусловно, признаются только две формулы.

• Одна из них – это формула для оценки КПД обратимой тепловой машины в режиме прямом:

hspace=4 = (Тподв. – Тхолод.) / Тподв., где (1)

hspace=4 – всегда меньше единицы, Тподв. – температура подвода теплоты; Тхолод. – температура холодильника тепловой машины.

Тогда, количество теплоты, потребляемой тепловой машиной Qпитания:

Qпитания = Авых + Qбросовой, где (2)

Qбросовой - это теплота, оставшаяся в отработавшем теле;

Авых – механическая работа на выходном валу паровой машины.

Работа на выходе тепловой машины, а Авых:

Авых = hspace=4 * Qпитания = Qпитания * (Тподв. – Тхолод.) / Тподв., (3)

Количество бросовой теплоты в отработавшем рабочем теле:

Qбросовой = Qпитанияhspace=4 (Qпитания) (4)

• Другая формула - обратная формула С.Карно определяет холодильный коэффициент теплового насоса (обратимой тепловой машины, включенной в обратном режиме), например, в том же интервале температур:

hspace=4 = Qбросовойпривода = Тхолод./ (Тподв. – Тхолод.), где: (5)

Qбросовой. -> количество теплоты перенесённой от тела с температурой Тхолод.;

Апривода -> количество механической работы затраченной на процедуру перенесения теплоты.

Или, из (5) следует, что:

Апривода = Qбросовой / hspace=4 (6)

Если в (6) подставить значения Qбросовой, из (4) hspace=4 - из (5) и hspace=4 – из (1), то получится выражение:

Апривода = Qпитания * (Тподв. – Тхолод.) / Тподв. (7)

Из (7) следует, что затраты на привод теплового насоса точно равны количеству (3), выработанной работы прямой тепловой машиной, работающей в том же интервале температур, где теплота перемещается тепловым насосом от Тхолод. к Тподв..

Сэкономленная энергия на приводе холодильной машины – это выходная работа вечного двигателя второго рода и работа положительна!

назад

Материалы из архива

12.2006 Информационная безопасность РФ: постановка проблемы и возможные ее решения

С.Д.Гаврилов, ДЕКОМ Инновационные технологии, Москва Нарушение информационной безопасности Российской Федерации, ее союзников и третьих стран, конфиденциальности их корпораций и фирм, обусловленные современной глобализацией и открытостью общества как социально-экономической системы, разделенной на страты с трудно проницаемыми границами, – среди наиболее проблемных аспектов сохранения суверенности государств.

10.2009 Чернобыль и Саяно-Шушенская ГЭС: что ведет к катастрофе

О.М.Ковалевич, доктор технических наук, профессор  Авария на Саяно-Шушенской ГЭС (СШ ГЭС) всколыхнуло воспоминания о Чернобыльской катастрофе, в том числе среди тех, кто был её свидетелем  не со стороны. Много общего, несмотря на возможность извлечь уроки за более чем двадцатилетний разрыв по времени. Толчком к созданию этих заметок послужила статья Б.И.Нигматулина [1] и  дальнейшие публикации в СМИ, где особо впечатлил анализ возможных причин и путей развитий аварии  в [2].

12.2008 Лучшей заменой АЭС в Литве будет газ

Константин Симонов, генеральный директор Фонда национальной энергетической безопасности: - Атомные станции очень сложно и дорого строить. Есть опасения, что заявленные "советские" темпы - по два реактора в год - соблюдаться не будут, тем более в условиях кризиса. У нас в этой сфере достаточно много проблем - и в машиностроении, и у всех остальных участников производственной цепи. Надо понять, кто будет строить реакторы, кто будет строить станции, и надо помнить, что мощностей для строительства реакторов очень мало,..