Энергетика и промышленность России - избранные материалы.
ВЫПУСК 133.

Новые источники энергии на основе вихревых теплогенераторов

Сегодня в рамках конкурса «Новые технологии: разработки и исследования» мы предлагаем вашему вниманию материал академика Ю. С. Потапова, подготовленный специально для нашей газеты и посвященный разработкам ученого в области вихревой энергетики. Уникальность аппаратов Потапова, поразивших российских и зарубежных ученых, в том, что роль топлива в них играет обыкновенные вода и воздух.

Выхлопные газы автомобилей и ТЭЦ до предела загрязняют окружающую нас природу. Автомобиль, например, выбрасывает из двигателя более 200 наименований отравляющих и канцерогенных веществ, как правило, без цвета и запаха, а для сжигания одного килограмма бензина (чуть больше одного литра) расходует 300 литров воздуха. Это до 60 литров чистого кислорода. В среднем каждый автомобиль всего за один час своего движения превращает 3000 литров воздуха в канцерогенные и отравляющие вещества, которыми нам приходится дышать.

Только в Москве ежедневно на активное уничтожение кислорода работают около трех миллионов автомобилей. Они превращают 54 миллиарда литров воздуха в отравляющие нас вещества. Наше «голубое топливо» - газ, на котором работают большинство ТЭЦ и многие автомобили, на каждый сжигаемый килограмм дает пять килограмм отравляющих и канцерогенных соединений, что на килограммов больше, чем при сжигании угля.

Техническая политика большинства развитых стран на сегодняшний день включает в себя возможность максимального использования гелиотехнологий, работающих на энергии солнца и на использовании водорода в качестве топлива для автомобилей и ТЭЦ. Но уже давно известно, что солнечная энергия, хотя и достается бесплатно, при существующих дорогостоящих технологиях имеет низкую эффективность. Она не способна полноценно заменить традиционные виды топлива. А сжигание водорода вновь приводит к уничтожению атмосферы земли в тех же объемах, что и бензин. Выделение большого количества пара и воды при сгорании водорода вызывает парниковый эффект, опять-таки нарушающий хрупкое равновесие нашей природы. Не говоря уже о трудоемкости производства водорода и сомнительной его экологичности.

Что же нам остается? Энергия воздуха и воды, но без изменения их природного состояния. Поэтому я предлагаю широко использовать проверенные на практике новые способы и устройства для производства тепловой и электрической энергии. Это вихревой теплогенератор, работающий на воде, и вихревой двигатель, работающий на воздухе.

В вихревом теплогенераторе вода при работе очищается от вредных микробов и бактерий. Эффективность вихревого теплогенератора выше, чем у любого известного электрического или ядерного источника тепловой энергии. А эффективность вихревого двигателя достигает 97% против 40% эффективности Д. В. С., 34% - атомных станций, 12% - солнечных батарей.

Как работает вихревой теплогенератор

Вихревой теплогенератор (ВТГ), работающий на воде и предназначенный для преобразования электрической энергии в тепловую, был разработан в начале 90-х годов. ВТГ используются для обогрева жилых, производственных и иных помещений горячего водоснабжения. ВТГ возможно использовать для получения электрической или механической энергии. В 1995 г. был получен российский патент на изобретение: № 2045715 «Теплогенератор и устройство для нагрева жидкостей», а также сертификат на промышленный образец.

Вихревой теплогенератор по этому патенту 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 тормозится в тормозном устройстве. Дополнительного 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 (химической очистки) 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 в тепловую у ВТГ первого поколения был не менее 1,2 (то есть КПЕ не менее 120%), что на 40-80% превышало КПЕ существовавших в то время систем отопления. Так, парогазовые турбины фирмы «Сименс» имеют эффективность около 58%. Теплоэлектроцентрали в Московском регионе - 55%, а учитывая потери в теплотрассах, их эффективность снижается еще на 10-15%.

Принципиальное отличие ВТГ состоит в том, что электроэнергия расходуется только на электронасос, прокачивающий воду, а вода выделяет дополнительную тепловую энергию.

Теоретическое обоснование вихревые теплогенераторы получили в работах «Вихревая энергетика и холодный ядерный синтез с позиций теории движения» (2000 г.) и «Энергия вращения» (2001 г.).

Несколько слов о физическом вакууме

Ситуация в отношении вихревых установок связана с известными спорами в физике. Большинство физиков говорят: мы будем брать энергию из физического вакуума. Другие отвечают: этого не может быть, потому что физический вакуум - это система с минимальной энергией и оттуда ничего взять нельзя. Отрицатели не верят, что может быть КПЕ более 100% в таких установках. Эти люди просто не до конца знают современную физику или забыли то, чему их учили в вузах. Ведь КПЕ не может быть больше 100% лишь в закрытой системе, а если система открыта и взаимодействует с окружающей средой, если энергия извлекается из воды, то КПЕ может быть сколько угодно велик. Дело в том, что физический вакуум представляет собой не замороженную систему. Она ведет себя как некая кипящая жидкость, а над ее поверхностью происходят интенсивные флюктуации. Когда подсчитали (это сделали академики Я. Зельдович и Я. Циммер), оказалось, что энергия этих флюктуаций равна бесконечности. Это описано в учебнике Московского государственного университета.

Дополнительная энергия из воды получается при соединении ассоциатов. Каждая молекула дает от 0,24 до 0,50 эВ энергии.

Первые теплогенераторы

В настоящее время в России уже сложилась индустрия по производству и эксплуатации вихревых теплогенераторов первого поколения. Около десятка российских фирм выпускают старую модель ВТГ, причем география заводов стремительно расширяется: Жуковский, Пенза, Тверь, Подольск, Санкт-Петербург, Хабаровский край. Потребителю предлагаются генераторы с теплопроизводительностью от 1 до 300 кВт, с электронасосом или использующие двигатель внутреннего сгорания. Причем даже генераторы первого поколения (в том числе и нелицензионные), по расчетам члена коллегии национальных экспертов при правительстве РФ доктора технических наук В. Шаркова, имеют неплохие технические характеристики. При типичной температуре в 50-70 °С производство 1Гкал тепла, при стоимости электричества 50 копеек за киловатт, обходится потребителю менее чем в 300 рублей.

В целях подтверждения заявленных характеристик теплогенератор первого поколения, производившийся под маркой «Юсмар», проходил экспертизу на РКК «Энергия». Для наглядности даже был сделан специальный прозрачный генератор из кварцевого стекла. В заключении РКК «Энергия» им. С. П. Королева подтверждается их высокая эффективность по сравнению с другими типами нагревателей: «Возможно, мы имеем дело с явлением, когда результирующий эффект значительно выше его составляющей. В целом установки для нагрева жидкостей с использованием теплогенератора Потапова экономичны, экологически чисты, имеют большой гарантированный ресурс (не менее 15 лет) и не требуют специальной водоподготовки. Нам не известны виды продукции с более высокими потребительскими свойствами и перспективой применения».

В 2001 году одну из установок первого поколения протестировали в ГНЦ ТРИНИТИ, обладающем специальным диагностическим оборудованием для изучения явления вихревого движения (г. Троицк), и ВТГ были признаны весьма перспективными для широкого внедрения на производстве и в быту.

Научно-внедренческому предприятию «Ангстрем» (г. Тверь), взяв за основу ВТГ первого поколения, удалось достичь КПЕ 120%.

Несмотря на некоторые отрицательные стороны широкого распространения нелицензионных изделий и лицензионных теплогенераторов первого поколения, они объективно способствуют положительному решению вопроса внедрения высоких технологий производства тепловой энергии.

В процессе неоднократных экспертиз подтверждены данные о высоком КПЕ вихревых теплогенераторов. Многие эксплуатирующие теплогенераторы организации выявляют дополнительные положительные характеристики ВТГ и оформляют их необходимым юридическим образом.

Так, в Амурской области была проведена экспертиза воды и получено заключение областного Госэпиднадзора. При прохождении воды через ВТГ в ней погибали все бактерии и микроорганизмы. После этого вихревой теплогенератор был установлен в одном из плавательных бассейнов г. Благовещенска. Пензенским государственным университетом и ООО «Термовихрь» разработаны аналогичные вихревые теплогенераторы.

Чем уникальны новые генераторы энергии

Дискуссия по поводу «необычайных» технических характеристик новых аппаратов продолжается в прессе уже несколько лет («Самарское обозрение» от 14.07.1997 г.; журнал «Идеи и решения» №10 за 2000 год; украинская газета «Антенна» № 12 от 21.03.2000г.; журнал «Наука и Техника» от 6 марта 2001 года и т.д.). Но при этом в большинстве случаев отмечаются достоинства вихревых теплогенераторов первого поколения (КПЕ не менее 100%). Что это за достоинства?

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

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

3. Теплогенератор устанавливается непосредственно на объекте, потребляющем тепло или горячую воду, и при этом исключается необходимость в теплотрассе со всеми вытекающими отсюда положительными последствиями. Не секрет, что 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 технике 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 двух лет эксплуатации ВТГ нового поколения в Москве подтвердила, что вихревой теплогенератор не требует сложного и дорогостоящего обслуживания.

7. Работа вихревого теплогенератора показала, что стоимость отопления 1 м3 за год составляет всего 16,05 руб. В то же время при отоплении электрическим котлом она равна 460,37 руб., а котлом на жидком топливе - 250,80 руб.

В 2002 году на российском форуме «Технологии двойного назначения» наш вихревой теплогенератор пятого поколения награжден золотой медалью и дипломом. А в 2003 году на четвертой выставке «Изделия и технологии двойного назначения» вихревой теплогенератор шестого поколения награжден дипломом первой степени.

В настоящее время творческим коллективом разработчиков продолжаются работы над теплогенератором 7-го и 8-го поколений, КПЕ которых достигает 1000%. Это позволит приблизиться к решению вопроса о создании автономных электростанций.

Вихревые теплогенераторы седьмого поколения

Вихревые теплогенераторы седьмого поколения предназначены для обеспечения автономного обогрева и снабжения горячей водой квартир, домов и индустриальных помещений. Они также могут быть использованы техническими специалистами для решения практических и исследовательских задач.

Эксплуатация генераторов производится в ручном, автоматическом и компьютерном режимах исходя из условий внешней окружающей среды. КПД вихревого теплогенератора (эффективность преобразования энергии согласно стандартам ЕЭС) составляет 220%. В процессе эксплуатации вихревого теплогенератора было зафиксировано двукратное снижение потребления электроэнергии. Аппарат окупается не более чем за один отопительный сезон.

Вихревой теплогенератор седьмого поколения состоит из цилиндрического корпуса и ротора. Ротор приводится во вращение электромотором. Генератор оснащен накопителем энергии для эксплуатации в ночное время. Рабочая жидкость (вода) по касательной подается на вход теплогенератора. Затем вода направляется по сложной траектории и нагревается. К моменту нагревания до расчетной температуры внутри теплогенератора происходит более 500000 циклов сжатия и расширения воды. Нагревание происходит вследствие трения молекул воды, процесса кавитации и холодного ядерного синтеза.

Система, оснащенная микропроцессором, работает в импульсном режиме и поддерживает заданный температурный режим.

Различие между теплогенератором первого поколения и новым типом агрегата в том, что последний функционирует без электрического насоса, нагревая воду до 95 °С за один проход воды по системе. Вихревой теплогенератор также позволяет вырабатывать пар.

Вихревой двигатель

Разработанный нами вихревой двигатель предназначен для установки на средства передвижения (автомобили, корабли, подводные лодки, самолеты, локомотивы, вертолеты, бронированную технику), а также для использования в качестве привода автономных электростанций. Двигатель работает на обыкновенном воздухе. После того как его турбина достигнет расчетных оборотов, подключается электрогенератор. Примерно 30% выходной мощности используется для собственных нужд и 70% отдается потребителю.

Как уже отмечалось, эффективность существующих двигателей низка (двигатель внутреннего сгорания в среднем имеет эффективность 40%, паровой двигатель - 12%, атомный - 34%, газотурбинный - 30%, двигатель на водородном топливе - 45%), и все типы двигателей, работающие на принципе сжигания топлива (включая сжигание водорода), представляют опасность для человечества вследствие большого расхода кислорода и вредных выбросов.

Использование катализаторов не поможет решить данную проблему. Использование водорода, например, приводит к появлению парникового эффекта, так как в процессе горения водород сжигает столько же кислорода, сколько сгорает в процессе горения бензина.

Наш вихревой двигатель имеет следующие характеристики. Давление на входе двигателя составляет 0,01...0,09 атм. Данный диапазон давлений определяет количество оборотов в минуту, при которых происходит отбор мощности: 960...16700 об/мин. Потребление воздуха при этом минимально.

Вихревой двигатель практически не влияет на химическую структуру и физическое состояние воздуха в процессе эксплуатации. Отработавший воздух после турбины полностью пригоден для дыхания. Двигатель прошел лабораторные испытания в холостом режиме и с нагрузкой. Мощность двигателя составила 700 кВт. Общий вес двигателя с редуктором 80 кг (без электрогенератора). При этом он имеет следующие габаритные размеры: 900x500x750 мм. Уровень шума составляет от 2 до 35 дБ.

Ю. С. ПОТАПОВ

* * *

ЮРИЙ СЕМЕНОВИЧ ПОТАПОВ - доктор технических наук, профессор, академик, изобретатель в области нетрадиционной энергетики.

С 1960 года Ю. С. Потапов работает на производстве и в научно-исследовательских организациях. В настоящее время возглавляет дирекцию по новой энергетике Международного научно-технического центра полезных нагрузок космических объектов.

Ю. С. Потапов внес крупный вклад в решение фундаментальных и прикладных проблем по нетрадиционной энергетике, металловедению и термической обработке металлов, сварке и наплавке. Это позволило разработать ряд новых установок и двигателей.

При участии ученого выполнены уникальные научные эксперименты в НИЦ РКК «Энергия» им. С. П. Королева, на основе которых было научно обосновано выделение энергии из различных жидкостей.

Основные научные интересы академика Ю. С. Потапова сосредоточены на изучении проблем использования энергии воды и воздуха в нестационарных процессах, на создании новых двигателей, работающих без сжигания традиционного топлива.

К числу значительных научных достижений профессора Ю. С. Потапова, имеющих общетеоретическое и практическое значение, относятся работы по вихревой энергетике, воздушным двигателям, водяным двигателям, способам электроискровой обработки металлов, способам модифицирования высокопрочного чугуна, получения синтетического алюминиевого чугуна, получения электрической и тепловой энергии из окружающей среды.

Исследования Ю.С. Потапова и его коллег во многом способствовали формированию школы по нетрадиционной энергетике как в России, так и за рубежом. Он является членом международной комиссии по энергетике, членом Международной академии лидеров бизнеса и администрации США, членом Международной академии оригинальных идей, действительным членом Российской академии естественных наук.

Научная деятельность и вклад в международное сотрудничество изобретателя отмечены многими почетными наградами международных и национальных организаций, в том числе Золотой медалью «За достижения в науке» Международной кадровой академии и премией «Факел Бирмингема».

В 134 выпуске читайте: Технологический уклад отечественной экономики - «ахиллесова пята» России