Научный поиск новых источников энергии

Примером использования электрогравитационных технологий в земных условиях также является электроводородный генератор Студенникова В.В. и Кудымова Г.И. Обнаружено существование природного физико-химического явления - гравитационного электролиза, с помощью которого открывается принципиальная возможность прямого преобразования теплоты любого происхождения в потенциальную химическую энергию путем разложения воды на водород и кислород в растворе электролита (международная заявка RU98/00190 от 07.10.1997 г.) Генератор приводится в действие механическим приводом и работает в режиме теплового насоса. Принципиальная энергетическая схема генератора во многом схожа со схемой традиционного электролизера, но в ней не применяется внешний электрический ток, а используется теплота окружающей среды или иных источников. Геомагнитное поле в настоящее время не используется жителями Земли для получения энергии. Предыдущие цивилизации использовали геомагнитное поле в качестве источника энергии. Свидетельствами этому являются древние лабиринты, пирамиды, сооружения Стоунхенджа. В них как в структурах с неравномерным электрическим потенциалом под действием геомагнитного поля планеты с его собственной частотой 7,5 Гц создаются потоки ионизированного воздуха и эфира, в том числе и высокочастотные.

3.3 Колебания микрочастиц в веществах - неиссякаемый источник энергии

Использование этого источника, непрерывно восстанавливаемый за счет энергии окружающей среды, например, в гидравлическом таране, вечной лампочке Кушелева является достижением, позволяющим заставить «работать» атом без вредной радиации. При этом, как видно, может вырабатываться не только гидравлическая и световая энергия, но также непосредственно электрическая, как это сделано Р.М. Соломянным с помощью пьезокристалла. Резонанс собственных и вынужденных колебаний различных объектов-осцилляторов, в том числе атомов и молекул, позволяет увеличить амплитуду энергообмена с окружающей средой. При этом возрастает возможность получения наибольшего количества энергии при минимальных энергозатратах на задающий генератор частоты колебаний. Так в виброрезонансном генераторе Богомолова соотношение затраченной и полученной энергий составило 1:100. Избыточная энергия на основе резонанса получена в электрогенераторах и трансформаторах Тесла, электродвигателях Мельниченко и других энергоустановках. Используются и другие виброрезонансные технологии.

3.4 Кремниевая (силикатная) энергетика

В настоящее время почти вся энергетика Земли является углеродной. Наряду с атомной используется и возобновляемые источники энергии - солнечная, ветровая, биомассы и др. Однако они не могут иметь большой мощности и их размещают там, где есть сами энергоисточники. Поэтому, как показывают исследования, широкая гамма высокомодульных силикатов, кремнезем может использоваться в энергетических целях, т.е. для получения электроэнергии за счет протекания высокотемпературных физико-химических реакций в гетерогенных силикатных расплавов и путем их сжигания. Теплота их сгорания составляет 40 МДж/кг, при стоимости меньшей, чем стоимость традиционных углеводородов. Кроме того, кремниевая энергетика имеет и свои особенности. Во-первых, кремний имеет высокую теплотворную способность, чем углеродные энергоносители, во-вторых, отходом силикатной энергии является кремнезем - чистый кварцевый песок (газообразных отходов нет), и в третьих сама «зола» ценнейший технический, конструкционный и строительный материал, т.е. кремниевая энергетика - безотходное производство.

На основе открытия «процесс обеднения - особого селективного электрохимического процесса» В.Соболевым и другими разработана технология получения легких сверхпрочных материалов для авто, авиа, ракето- и машиностроения при воздействии электрического поля с помощью высокотемпературной технологии. По составу они соответствуют оксидам кремния, алюминия, титана и других технических материалов, но сильно отличаются по физико-химическим свойствам от базовых этих веществ. При напряжении 2000В в электропечи с расплавленного вещества из кремнезема происходит «срыв электронов» и, подобно обычному электролизу, на катоде происходит образование нового вещества путем обеднения расплава химическими элементами металлов. Полученное вещество многоэлементного химического соединения находится в особом состоянии, которое характеризуется нестехиометрией состава. Это вещество содержит в себе фиксированный электрический заряд довольно большой величины - положительный или отрицательный по нашему усмотрению. Новое состояние вещества формирует устойчивые структуры в сплошной среде, которые излучают переменный магнитный поток, то есть они открыли новый источник энергии. Устройство такого источника работает устойчиво и сколь угодно долго при обычных температурах, преобразуя электромагнитное поле Земли в электрический ток.

По данным А.Н. Куликова при физико-химическом взаимодействии силиката с без кислородным соединением кремния (нитрид или карбид кремния) с нарастанием количества реагирующего вещества происходит расщепление массы силиката по цепной реакции путем освобождения энергии. Рабочим веществом в таком физико-химическом реакторе является высокомодульные силикаты, а кремний безкислородные соединения инициирует цепную реакцию. Для распада силиката в реакторе вначале необходимо энергия для расплавления части исходного вещества. После этого расход тепла не нужен, так как в контакте с кремнийбескислородным веществом начнется химическая реакция с выделением тепла, что приведет к расплавлению все большего количества силиката. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока масса реагента в жидкой фазе не станет равной критической. С этого момента начинается цепная реакция, сопровождаемая лавинообразным выделением энергии. Управление интенсивности цепной реакции осуществляется путем введения стержня из кремнийбескислородного соединения (например карбид кремния) в расплав силиката до необходимой глубины. При опускании стержней в реактор реакция увеличивается, растет и тепловыделение, а при выдвигании - уменьшается. То есть эти стержни будут поддерживать баланс выделяющегося и потребляемого тепла, что обеспечит необходимую мощность энергоустановки и предотвращения возможного взрыва. Над разработкой силикатной технологией наша научная группа (Ташполотов Ы., Садыков Э., Айдаралиев Ж.К., Матисаков Ж. и др.) занимается с 1998 года. Таким образом, будущее земной энергетики в главном, будет основано на водородной, термоядерной, кремниевой и геомагнитной источников энергии. В связи с этим необходимо основательно с фундаментальных позиций начать научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в области технологии получения водорода из воды, разработки и строительства гравитационно-термодинамических ядерных станций, разложения кремнезема и сжигания кремния в энергетических целях и использования геомагнитного поля в качестве источника новой энергии.

3.5 Физический вакуум

Под физическим вакуумом в современной физике понимают полностью лишённое вещества пространство. Даже если бы удалось получить это состояние на практике, оно не было бы абсолютной пустотой. Квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. В некоторых конкретных теориях поля вакуум может обладать нетривиальными топологическими свойствами, но не только, а также в теории могут существовать несколько различных вакуумов, различающихся плотностью энергии, и т.д. Некоторые из этих предсказаний теории поля уже были успешно подтверждены экспериментом. Так, эффект Казимира и лэмбовский сдвиг атомных уровней объясняется нулевыми колебаниями электромагнитного поля в физическом вакууме. На некоторых других представлениях о вакууме базируются современные физические теории. Например, существование нескольких вакуумных состояний (так называемых ложных вакуумов) является одним из главных основ инфляционной теории Большого взрыва. Но, пожалуй, самым наглядным из явлений, которые нельзя объяснить, не используя идею о нулевых колебаниях вакуума, это спонтанное излучение. Самые обыкновенные излучающие спонтанно лампы накаливания не светились бы, если бы вакуум был абсолютной пустотой. Дело в том, что любой объект (а, значит, и возбужденный атом), помещенный в абсолютно пустое пространство, представляет собой замкнутую систему. А поскольку такая система стабильна во времени, то никакого излучения не происходило бы. Уже из этого простого рассуждения понятно, что объяснение спонтанного излучения требует привлечения более сложной модели вакуума, чем классическая абсолютная пустота.

В настоящее время в физике формируется принципиально новое направление научных исследований, связанное с изучением свойств и возможностей физического вакуума. Это научное направление становится доминирующим, и в прикладных аспектах способно привести к прорывным технологиям в области энергетики, электроники, экологии.

Чтобы понять роль и место вакуума в сложившейся картине мира попытаемся оценить, как соотносится в нашем мире материя вакуума и вещество. В этом отношении интересны рассуждения Я.Б. Зельдовича.

«Вселенная огромна. Расстояние от Земли до Солнца составляет 150 миллионов километров. Расстояние от солнечной системы до центра Галактики в 2 млрд раз больше расстояния от Земли до Солнца. В свою очередь, размеры наблюдаемой Вселенной в миллион раз больше расстояния от Солнца до центра нашей Галактики. И все это огромное пространство заполнено невообразимо большим количеством вещества. Масса Земли составляет более чем 5,97·10²⁷ г. Это такая большая величина, что ее трудно даже осознать. Масса Солнца в 333 тысячи раз больше. Только в наблюдаемой области Вселенной суммарная масса порядка десять в 22-й степени масс Солнца. Вся безбрежная огромность пространства и баснословное количество вещества в нем поражает воображение».

С другой стороны, атом, входящий в состав твердого тела, во много раз меньше любого известного нам предмета, но во много раз больше ядра, находящегося в центре атома. В ядре сконцентрировано почти все вещество атома. Если увеличить атом так, чтобы ядро стало иметь размеры макового зернышка, то размеры атома возрастут до нескольких десятков метров. На расстоянии десятков метров от ядра будут находиться многократно увеличенные электроны, которые все равно трудно разглядеть глазом, вследствие их малости. А между электронами и ядром останется огромное пространство не заполненное веществом. Но это не пустое пространство, а особый вид материи, которую физики назвали физическим вакуумом. Само понятие «физический вакуум» появилось в науке как следствие осознания того, что вакуум не есть пустота, не есть «ничто». Он представляет собой чрезвычайно существенное «нечто», которое порождает все в мире, и задает свойства веществу, из которого построен окружающий мир. Оказывается, что даже внутри твердого и массивного предмета, вакуум занимает неизмеримо большее пространство, чем вещество. Таким образом, мы приходим к выводу, что вещество является редчайшим исключением в огромном пространстве, заполненном субстанцией вакуума. В газовой среде такая асимметрия еще больше выражена, не говоря уже о космосе, где наличие вещества является больше исключением, чем правилом. Видно, сколь ошеломляюще огромно количество материи вакуума во Вселенной в сравнении даже с баснословно большим количеством вещества в ней. В настоящее время ученым уже известно, что вещество своим происхождением обязано материальной субстанции вакуума и все свойства вещества задаются свойствами физического вакуума.

Наука все глубже проникает в сущность вакуума. Выявлена основополагающая роль вакуума в формировании законов вещественного мира. Уже не является удивительным утверждение некоторых ученых, что «все из вакуума и все вокруг нас - вакуум». Физика, сделав прорыв в описании сущности вакуума, заложила условие для практического его использования при решении многих проблем, в том числе, проблем энергетики и экологии.

По расчетам Нобелевского лауреата Р. Фейнмана и Дж. Уилера, энергетический потенциал вакуума настолько огромен, что «в вакууме, заключенном в объеме обыкновенной электрической лампочки, энергии такое большое количество, что ее хватило бы, чтобы вскипятить все океаны на Земле». Однако до сих пор традиционная схема получения энергии из вещества остается не только доминирующей, но даже считается единственно возможной. Под окружающей средой по-прежнему упорно продолжают понимать вещество, которого так мало, забывая о вакууме, которого так много. Именно такой старый «вещественный» подход и привел к тому, что человечество буквально купаясь в энергии, испытывает энергетический голод.

В новом - «вакуумном» подходе исходят из того, что окружающее пространство - физический вакуум, является неотъемлемой частью системы энергопреобразования. При этом возможность получения вакуумной энергии находит естественное объяснение без отступления от физических законов. Открывается путь создания энергетических установок, имеющих избыточный энергобаланс, в которых полученная энергия превышает энергию, затраченную первичным источником питания. Энергетические установки с избыточным энергобалансом смогут открыть доступ к огромной энергии вакуума, запасенной самой Природой.

4. Новые энергетические устройства и установки

4.1 Вихревые теплогенераторs

В начале 90-х готов в России бал разработан вихревой теплогенератор (ВТГ), работающий на воде и предназначенный для преобразования электрической энергии в тепловую. ВТГ возможно использовать для получения электрической и механической энергии. 10.10 1995 года ВТГ получил Российский патент на изобретение, а так же сертификат на промышленный образец. Вихревой теплогенератор, представляет собой цилиндрический корпус, оснащенный циклоном (улиткой с тангенциальным входом) и гидравлическим тормозным устройством. Рабочая жидкость под давлением подается на вход циклона, после чего по сложной траектории проходит через него и тормозиться в тормозном устройстве. Дополнительно давления в трубах тепловой сети не создается. Система работает в импульсном режиме, обеспечивая заданный режим температур. В качестве теплоносителя в вихревом теплогенераторе используется вода или иные неагрессивные жидкости (антифриз, тосол) в зависимости от климатической зоны. При этом специальной подготовки воды (химическая очистка) не требуется, так как процесс нагревания жидкости происходит за счет ее вращения по определенным физическим законам, а не от воздействия нагревательного элемента. Коэффициент преобразования электрической энергии (КПЭ) в тепловую у ВТГ первого поколения был не менее 1,2 (то есть КПЭ не мене 120%), что на 40-80% превышало КПЭ существующих в то время систем отопления. Так, парогазовые турбины фирмы "Сименс" имеют эффективность около 58%. Теплоэлектроцентрали, используемые в Московском регионе - 55%, а, учитывая тепловые потери в теплотрассах, их тепловая эффективность снижается на 10-15%. Принципиальное отличие ВТГ состоит в том, что электроэнергия расходуется только на электронасос, прокачивающий воду, а вода выделяет дополнительную тепловую энергию.

Достоинства:

1. Для получения тепловой энергии не нужно топлива (газ, нефть, уголь и тп), вследствие чего ВТГ являются экологически чистым (нет выделения продуктов горения), не требуют затрат на химическую очистку систем циркуляции горячей воды.

2. Условия работы ВТГ по сравнению с другими системами нагрева воды абсолютно безопасны, так как вода не нагревается выше 95 ⁰С.

3. Теплогенератор устанавливается непосредственно на объекте, потребляющем тепло или горячую воду, при этом исключается необходимость в теплотрассе со всеми вытекающими отсюда последствиями. Стоимость прокладки теплотрассы в 24 раза дороже прокладки электрического кабеля.

4. При использовании теплогенераторов исключаются перерывы в горячем водоснабжении в летний период.

5. ВТГ и малая энергетика в целом не являются конкурентом большой энергетики (ТЭЦ, ГЭС, АЭС). Эти два направления в техники развиваются в разных жизненных пространствах, взаимно дополняя друг друга. Вследствие этого возможно сотрудничество и дальнейшее развитие энергосберегающих технологий, в целом отвечающее интересам России с ее огромными территориями и все увеличивающимися потребностями в энергии

6. Практика 2-х летней эксплуатации ВТГ нового поколения показала, что вихревой теплогенератор не требует сложного и дорогостоящего обслуживания. Все детали изготавливаются из обычных сталей.

7. Практика работы вихревого теплогенератора показала, что стоимость отопления 1 м² за год установкой ВТГ составила 36,05 руб., электрокотлом - 460,37 руб, котлом на жидком топливе - 250, 80 руб.

В настоящее время ВТГ установлен в следующих регионах: Тюменская область, Архангельская область, Иркутская область, Орловская область, Республика Молдова, Волгоградская область, Челябинская область, Московская область, Тверская область, Татарстан, Украина, Краснодарский край Ульяновская область, Коми, Приморский край, Казахстан

А так же используются в 96 странах мира.

Основные свойства ВТГ: 1.Экономичность 1.1. Для получения тепла не нужно топливо (газ, уголь, дрова, нефтепродукты), запасы топлива всегда представляют угрозу пожара, необходимость обеспечения сохранности; 1.2. За счет специальной технологии - высокий КПД, очень эффективное использование потребляемой электроэнергии. 1.3. Импульсивный режим работы: система автоматического управления с помощью температурного датчика контролирует поддержание температуры теплоносителя в заданных пределах. Регулятор температуры по сигналу датчика включает и отключает систему. Причем, теплогенератор выделяет тепло и тогда, когда система выключена. То есть, выделяя тепло 24 часа в сутки, теплогенератор потребляет электроэнергию для поддержания заданного температурного режима значительно меньше 24 часов в сутки. Обычно время работы теплогенератора составляет от 6 до 12 часов в сутки т.е. от 25 о 50 процентов от общего времени работы отопительной системы. 1.4. Широкий диапазон температур: автомат управления позволяет задавать любые параметры теплоносителя в интервале +35С до +90С с точностью до 0,1 С, что позволяет легко устранять перегрев помещения, а это дополнительная экономия средств. Так же возможен поддерживающий режим отопления в неиспользуемых помещениях (+7С-+10С) 2. Безопасный в работе и экологически чистый: 2.1. Работа теплогенератора исключает использование загрязняющих окружающую среду веществ (уголь, газ, дизельное топливо) и, соответственно, исключает выделение продуктов горения и распада воздуха. 2.2 Низкое рабочее давление жидкости в системе делает установки безопасными и долговечными. 3. Простой в монтаже и обслуживании: 3.1 Для монтажа теплогенератора достаточно присоединить подающий и обратный патрубки теплогенератора к соответствующим патрубкам системы отопления. 3.2 Так как вся работа теплогенератора управляется с помощью автоматики, то его обслуживание сводиться к контролю за наличием достаточного количества жидкости в системе и устранению утечек и подтекания соединительных элементов системы отопления один раз в 2-3 года. 3.3 Не требует прокладки теплотрасс и химической очистки воды. 4. Универсальный в применении: 4.1 Теплогенератор с равным успехом подключается как к новой, так и уже существующей системы отопления. 4.2 Теплогенератор можно применять в традиционных системах отопления с теплым полом. 4.3 Теплогенератор позволяет применять в качестве теплоносителя не только воду, но и незамерзающую жидкость.

Технические характеристики и стоимость ВТГ

4.2 Вихревые механические теплогенераторы

Назначение - обогрев помещений, а вот принцип нагрева воды (теплоносителя) достаточно неожиданный: за счет сил, возникающих при движении самого теплоносителя.

С принципом, заложенным в работу вихревых теплогенераторов, впервые столкнулся французский инженер Жозеф Ранк (нач. прошлого века). Исследуя свойства искусственно создаваемого вихря, в разработанной им вихревой трубе, создавался следующий эффект: на выходе вихревой трубы наблюдалось разделение сжатого воздушного потока на теплую и холодную струю. Исследования продолжил немецким изобретатель Роберт Хилш, который в сороковых годах (ХХ в) улучшил конструкцию вихревой трубы Ранка, тем самым увеличив разность температур двух воздушных потоков на выходе из трубы.

Впоследствии попробовали пропустить через трубу Ранка-Хилша уже не воздух, а воду. Эффект приятно впечатлил, но в чем суть происходящего?

Начнем издалека. Согласно физике известно: любое механическое воздействие над жидкостью в замкнутом объеме неизбежно приводит к ее нагреву. Например, включите обычный (дачный) циркуляционный насос в режиме "сам на себя": соединив выход насоса с его входом. Спустя некоторое время вода в насосе закипает. Подобный эксперимент был проведен еще великим физиком Д. Джоулем, который доказал, что в результате механического воздействия, совершаемого над жидкостью, вся механическая работа может быть превращена в тепло.

Однако теплогенератор - это не просто насос, гоняющий воду. В его работе используется знание следующего физического процесса. Поток жидкости, который необходимо нагреть, разгоняется насосом и направляется в специальную насадку-смеситель, где скорость его значительно повышается, а давление падает. Одновременно, как видно на иллюстрации, через сопла в рабочую зону с явно большей скоростью впрыскиваются струи подмешиваемой жидкости. В результате взаимодействия этих потоков в жидкости происходит т.н. эффект кавитации. При чем в зоне взаимодействия этих потоков возникают центры парообразования в виде кавитационных микропузырьков, которые уносятся потоком жидкости и растут до размеров в несколько миллиметров.

Попадая в зону расширения потока, где его давление возрастает, пузырьки начинают уменьшаться в размерах и схлопываются. В силу свойств жидкости схлопывание пузырьков происходит асимметрично и сопровождается образованием кумулятивной струйки, ударяющей с большой скоростью в противоположную стенку пузырька. Попадание в зону удара струйки твердых частиц или инородных жидкостей приводит к их активному разрушению (дроблению), так как давление в зоне схлопывания достигает нескольких десятков тысяч атмосфер. Массовая обработка жидкости микроударами приводит к ее нагреву, измельчению частиц инородной среды и образованию устойчивых эмульсий и суспензий.

В основном КПД таких машин достигает 90-95% - превращение механической работы в тепло.

4.3 Квантовая теплоэлектростанция

В вихревом теплогенераторе вода, приводимая во вращение, имеет большую кинетическую энергию, которая ещё возрастает на выходе из вихревой трубы в результате теплового расширения воды при ее нагреве. Утилизировать эту кинетическую энергию лишь путем торможения потока и получения тепла за счет трения при торможении нам представлялось не очень целесообразным. Было решено направить поток в турбину и с ее помощью приводить во вращение электрогенератор, который будет вырабатывать дополнительную электроэнергию. Так родилась идея новой квантовой теплоэлектростанции.

По схеме квантовой теплоэлектростанции, работающей на воде в роли топлива, мы видим четырнадцать процессов (рис. 2). Процесс сжатия необходим для увеличения скорости движения воды, подающейся на реактивную турбину. Вращение реактивной турбины передается электрогенератору, который вырабатывает электрическую энергию. Затем, в верхней емкости, аккумулируется вода, которая через сопло ускоряется и попадает на лопатки следующей турбины. Вращаясь, турбина приводит в действие второй электрогенератор, который дополнительно вырабатывает электрическую энергию. После этого вода накапливается в нижнем баке, где опять происходит ее аккумулирование. Затем электронасос подает воду в теплогенератор "ЮСМАР", и цикл повторяется по замкнутому энергетическому кольцу.

Рис.2. Схема действия квантовой теплоэлектростанции, работающей на воде в роли топлива (Патент Республики Молдовы № 649)

Эффективность квантовых теплоэлектрических станций такого типа может достигать значительных величин. При этом производится до 30% дополнительной электрической энергии без сжигания традиционного топлива. Дополнительная электрическая энергия может быть использована как по прямому назначению потребителями, так и для дополнительного нагрева воды (жидкости), используемой для отопления и горячего водоснабжения с помощью теплогенераторов "ЮСМАР".

Установка, содержащая теплогенератор с корпусом, ускорителем движения жидкости в виде циклона, тормозным устройством, донной частью с выходным отверстием, сообщающимся с выходным патрубком, а также электронасосом, оснащена двумя закрытыми емкостями, разнесенными по высоте. В каждой емкости установлена гидротурбина. В верхнюю емкость введен выходной патрубок теплогенератора так, что его сопло расположено по касательной к окружности турбины. В нижней емкости гидротурбина смонтирована на выходе патрубка, соединяющего обе емкости. Выходное отверстие соединительного патрубка имеет площадь поперечного сечения, по крайней мере, в два раза меньшую, чем площадь поперечного сечения самого патрубка. Каждая из гидротурбин кинематически связана с электрическим генератором, закрепленным на наружной стенке каждой емкости. Обе емкости дополнительно соединены дренажным трубопроводом, внутренний диаметр которого больше или равен внутреннему диаметру корпуса теплогенератора.

На рис. 3 показана принципиальная схема такой установки КТЭС в двух проекциях, на рис. 3 - схема одноступенчатой КТЭС.

Рис. 3. Схема двухступенчатой квантовой теплоэлектростанции (КТЭС)

Установка, изображенная на рис. 4, содержит вихревой теплогенератор 1, включающий в себя корпус 2, ускоритель движения жидкости - циклон 3, соединенный посредством инжекционного патрубка 4, трубопровода, с насосом 6, приводимым в действие электромотором 7. В верхней части теплогенератора установлено тормозное устройство 8 и дно с выходным отверстием (на чертеже не приведены), соединенное с выходным патрубком - сопло 9. Выходной патрубок теплогенератора 1, установлен в емкости, 10, так, что его конец - сопло 9 направлено по касательной к гидротурбине 11. Гидротурбина 11 кинематически соединена с генератором тока 12, закрепленным на наружной стенке емкости 10. Насос 6 и электромотор 7 установлены в другой емкости 13. Емкости 10 и 13, должны быть разнесены по высоте. В нижней емкости 13 установлена вторая гидротурбина 14, связанная с электрогенератором 15, а также насос 6, электромотор 7. Верхняя и нижняя емкость связаны между собой соединительным патрубком 16 и дренажным трубопроводом 17. Площадь выходного отверстия соединительного патрубка, по крайней мере, в 2 раза меньше площади поперечного сечения самого патрубка. В емкости 13 смонтирована перегородка, 18, теплообменник для горячей воды 19 и подающая и обратная тепломагистрали 20. Установка может работать в автоматическом режиме, для чего оснащается датчиком температуры с блоком обратной связи, управляющими работой электрогенераторов и насоса, а также пультом управления.

Рис. 4. Схема одноступенчатой квантовой теплоэлектростанции 1 - теплогенератор "ЮСМАР"; 2 - электрогенератор; 3 - электронасос; 4 - корпус; 5 - пульт управления.

Электростанция работает следующим образом. При включении электромотора 7 насосом 6 рабочая жидкость подается через трубопровод в инжекционный патрубок, 4, затем циклон 3 и в корпус теплогенератора 2, где расположено в верхней части тормозное устройство 8. При изменении физических параметров среды в корпусе теплогенератора возрастает давление и температура, и под давлением из сопла жидкость направляется на лопатки верхней гидротурбины 11, которая начинает вращать генератор 12, вырабатывающий электроэнергию. Горячая жидкость накапливается в верхней емкости 10 до определенного уровня, который поддерживается дренажным трубопроводом 17. Одновременно жидкость через соединительный патрубок 16 поступает из верхней емкости 10 под напором и со скоростью свободного падения на лопатки нижней гидротурбины 14, которая, в свою очередь, начинает вращать генератор тока 15. В это время через пульт управления 21 к нагрузке подключены оба электрогенератора 12 и 15. Горячая вода через подающую и обратную тепломагистрали 20 поступает в радиаторы отопления, а холодная вода поступает в теплообменник 19, находящийся за перегородкой 18, нагревается и передается потребителям для бытовых нужд. Для эффективной работы установки соединительный патрубок 16 должен иметь выходное отверстие с площадью в 2-3раза меньшей, чем площадь сечения самого трубопровода, а диаметр дренажного трубопровода должен быть больше или равен диаметру корпуса теплогенератора.

На выходе из сопла вихревого теплогенератора температура рабочей среды составляет порядка 70-100 °С и давление 8-10 атм. Благодаря воздействию выходящего из теплогенератора потока воды приводится в действие гидротурбина в верхней емкости. Гидротурбина в нижней емкости приводится в действие жидкостью, перемещающейся под действием собственного веса из верхней емкости. Таким образом, одновременно с производством тепловой энергии, получение которой обеспечивает теплогенератор, в установке вырабатывается электрическая энергия. Получение этой электроэнергии не требует никаких затрат топлива, ее производство является экологически чистым, и она может быть использована для снижения потребления электроэнергии приводного электронасоса или в других целях, в частности:

o для дополнительного нагрева жидкости;

o для электроснабжения в бытовых целях;

o для обеспечения электроприводов различного оборудования трехфазным или постоянным током.

В соответствии с описанной конструкцией КТЭС был изготовлен опытный образец установки с теплогенератором, корпус которого имел диаметр 57 мм, и электронасосом мощностью 2,8 кВт. В установке находилось 100 литров воды. Мощность верхнего генератора составила 1 кВт, нижнего - 0,7 кВт. Начальная температура жидкости порядка 15°С, а рабочая температура в установке поддерживается около 80-90°С. Расход электрической энергии составил 3 кВт/ч, для привода насоса, а ее возврат в сеть составил 1,7 кВт/ч. Таким образом, на нагрев 100 л воды до 90°С из сети было использовано 1,3 кВт/ч. КПД > 100%.

Основным преимуществом установки является снижение расхода традиционных видов топлива, уменьшение транспортных расходов на доставку топлива потребителям и улучшение экологической обстановки в жилых районах. Особенно ценным представляется использование установки, позволяющей создать автономную систему обеспечения горячей водой, отоплением и электроэнергией отдельно стоящих цехов, коттеджей, фермерских хозяйств, где нет возможности проложить газопровод или теплоцентраль. Еще одним преимуществом квантовых теплоэлектростанций оказалась их компактность по сравнению с традиционными ТЭЦ, вырабатывающими такое же количество тепла для обогрева помещений. Оказалось, что с повышением мощности квантовой теплоэлектростанции ее габариты растут лишь, как корень кубический от мощности.

Разработанные в ракетно-космической корпорации "Энергия" академиком Юрием Потаповым гидронасосные тепловые генераторы "ЮСМАР" четырёх типов используются в разных городах России уже в течение 5 лет. По отзывам потребителей, расходы на обслуживание этих агрегатов, использующих в работе циркулирующую воду, сокращаются по сравнению с угольной котельной на 15-20%, не считая экономии на топливе.

Локальные системы "Юсмар" предназначены для отопления жилых, производственных и складских помещений, теплиц и других зданий сельскохозяйственного назначения, а также для их горячего водоснабжения. Особенно они удобны в дачных посёлках, коттеджах, удалённых от теплотрасс, газопроводов.

энергия альтернативный вихревый теплогенератор

Заключение

Неоспорима роль энергии в поддержании и дальнейшем развитии цивилизации. В современном обществе трудно найти хотя бы одну область человеческой деятельности, которая не требовала бы - прямо или косвенно - больше энергии, чем ее могут дать мускулы человека.

Потребление энергии - важный показатель жизненного уровня. В те времена, когда человек добывал пищу, собирая лесные плоды и охотясь на животных, ему требовалось в сутки около 8 МДж энергии. После овладения огнем эта величина возросла до 16 МДж: в примитивном сельскохозяйственном обществе она составляла 50 МДж, а в более развитом - 100 МДж. За время существования нашей цивилизации много раз происходила смена традиционных источников энергии на новые, более совершенные. И не потому, что старый источник был исчерпан.

Солнце светило и обогревало человека всегда: и тем не менее однажды люди приручили огонь, начали жечь древесину. Затем древесина уступила место каменному углю. Запасы древесины казались безграничными, но паровые машины требовали более калорийного "корма". Но и это был лишь этап. Уголь вскоре уступает свое лидерство на энергетическом рынке нефти.

И вот новый виток в наши дни ведущими видами топлива пока остаются нефть и газ. Но за каждым новым кубометром газа или тонной нефти нужно идти все дальше на север или восток, зарываться все глубже в землю. Немудрено, что нефть и газ будут с каждым годом стоить нам все дороже. Замена? Нужен новый лидер энергетики. Им, несомненно, станут ядерные источники. Запасы урана, если, скажем, сравнивать их с запасами угля, вроде бы не столь уж и велики. Но зато на единицу веса он содержит в себе энергии в миллионы раз больше, чем уголь.

А итог таков: при получении электроэнергии на АЭС нужно затратить, считается, в сто тысяч раз меньше средств и труда, чем при извлечении энергии из угля. И ядерное горючее приходит на смену нефти и углю...

Всегда было так: следующий источник энергии был и более мощным. То была, если можно так выразиться, "воинствующая" линия энергетики. В погоне за избытком энергии человек все глубже погружался в стихийный мир природных явлений и до какой-то поры не очень задумывался о последствиях своих дел и поступков. Но времена изменились. Сейчас, в конце 20 века, начинается новый, значительный этап земной энергетики. Появилась энергетика "щадящая". Построенная так, чтобы человек не рубил сук, на котором он сидит. Заботился об охране уже сильно поврежденной биосферы.

Несомненно, в будущем параллельно с линией интенсивного развития энергетики получат широкие права гражданства и линия экстенсивная: рассредоточенные источники энергии не слишком большой мощности, но зато с высоким КПД, экологически чистые, удобные в обращении. Яркий пример тому - быстрый старт электрохимической энергетики, которую позднее, видимо, дополнит энергетика солнечная. Энергетика очень быстро аккумулирует, ассимилирует, вбирает в себя все самые новейшие идей, изобретения, достижения науки. Это и понятно: энергетика связана буквально со Всем, и Все тянется к энергетике, зависит от нее.

Поэтому энергохимия, водородная энергетика, космические электростанции, энергия, запечатанная в антивеществе, кварках, "черных дырах", вакууме, - это всего лишь наиболее яркие вехи, штрихи, отдельные черточки того сценария, который пишется на наших глазах и который можно назвать завтрашним днем энергетики. Тернист, непрост, непрям энергетический путь человечества. Но мы верим, что мы на пути к эре энергетического изобилия и что все препоны, преграды и трудности будут преодолены.

Рассказ об энергии может быть бесконечен, неисчислимы альтернативные формы ее использования при условии, что необходимо разработать для этого эффективные и экономичные методы. Не так важно, каково мнение о нуждах энергетики, об источниках энергии, ее качестве, и себестоимости. Нам, по-видимому, следует лишь согласиться с тем, что сказал ученый мудрец, имя которого осталось неизвестным: "Нет простых решений, есть только разумный выбор".

Список используемой литературы:

1. Ю. Тёльдеши, Ю. Лесны. Мир ищет энергию. - М.: Мир, 1981. - 440 с.

2. Юдасин Л.С.. Энергетика: проблемы и надежды. - М.: Просвещение, 1990. - 207с

Список литературы

3. Баланчевадзе В.И., Барановский А.И. и др.; Под ред. А.Ф. Дьякова. Энергетика сегодня и завтра. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 344 с.

4. Источники энергии. Факты, проблемы, решения. - М.: Наука и техника, 1997. - 110 с.

5. Кононов Ю.Д.. Энергетика и экономика. Проблемы перехода к новым источникам энергии. - М.: Наука, 1981. - 190 с.

6. Нетрадиционные источники энергии. - М.: Знание, 1982. - 120 с.

7. Соснов А.Я. Энергия Земли. - Л.: Лениздат, 1986. - 104 с.

8. Шейдлин А.Е. Новая энергетика. - М.: Наука, 1987. - 463 с.

9. Энергетические ресурсы мира/ Под ред. П.С.Непорожнего, В.И. Попкова. - М.: Энергоатомиздат, 1995. - 232 с.

10. Ю. Тёльдеши, Ю. Лесны. Мир ищет энергию. - М.: Мир, 1981. - 440 с.

11. Более чем достаточно. Оптимистический взгляд на будущее энергетики мира/ Под ред. Р. Кларка: Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 215 с.

Размещено на Allbest.ru