Юный техник, 2006 № 04

Солнечные коллекторы не так уж дороги, но бак тpeбуется очень большой. Его стенки приходится окружать хорошей тепловой изоляцией, иначе все тепло воды уйдет в землю. В результате система получается слишком дорогой.

Стремясь удешевить солнечное теплоснабжение, делают один большой водяной бак на несколько домов. Тогда в расчете на литр горячей воды стоимость материалов и работ снижается. Бывают в этом деле и инженерные находки. Так, в Швеции для хранения 100 тысяч тонн нагреваемой солнцем воды использовали скальные каверны. Этого оказалось достаточно, чтобы отапливать целый город и зимой, и летом. Отопление получилось очень дешевым, но скальные каверны имеются далеко не везде.

Максим Привалихин предлагает способ, позволяющий систему солнечного отопления домов упростить и удешевить. Для этого трубы с водой нужно заменить так называемыми тепловыми трубами, а передаваемое по ним солнечное тепло тратить не на нагревание воды, а на расплавление соли, которая при затвердевании будет отдавать его потребителю. Рассмотрим эти предложения по порядку.

Тепловая труба это труба, наполненная пористой массой, попросту говоря, фитилем. Она герметически закрыта с обоих концов, а фитиль пропитан какой-либо жидкостью. При нагревании одного из концов тепловой трубы жидкость закипает, пар ее через поры фитиля просачивается в холодный конец и там конденсируется, выделяя тепло.

Благодаря такому устройству тепловая труба длиной один метр с поперечным сечением 1 см² имеет теплопроводность в тысячу раз больше, чем медный стержень таких же размеров.

Максим Привалихин предлагает один конец тепловой трубы вывести на крышу и соединить с солнечным коллектором, а другой провести в подвал для плавления соли в хранилище тепла. Тепловой трубе не нужны насосы и не требуется никакого обслуживания, и это делает предложение Максима очень привлекательным. Однако в качестве жидкости для тепловой трубы он предлагает аммиак, нагреваемый солнцем до 100 °C. К сожалению, при такой температуре аммиак вообще не может превратиться в жидкость, и тепловая труба работать не будет.

Если в тепловой трубе поднять давление до 20 атм, аммиак смог бы конденсироваться при температуре 50 °C, и устройство могло бы работать. Нужно помнить только, что аммиак горюч и ядовит. (Вспомните нашатырный спирт!) Жить в доме с тепловыми трубами, наполненными аммиаком, было бы опасно. Очевидно, следует подобрать другую жидкость нетоксичную, негорючую и кипящую при температурах 50 — 100 °C. На эту роль сегодня можно предложить лишь фреон, который, хотя и безвреден для человека, опасен для окружающей среды.

Теперь о второй части предложения Максима Привалихина — применении расплавленной соли. Бак для хранения одного и того же количества тепла в расплавленной соли будет гораздо меньше, нем водяной, и при этом резко уменьшатся потери тепла. Однако соль, способная плавиться при температуре 50 — 100 °C, пока не известна. Вполне возможно, что такие соли есть. Среди них придется выбрать химически наиболее стойкую и к тому же не разъедающую стенки бака. Одним словом, предложения Максима Привалихина заслуживают внимания, но для претворения их в жизнь нужны исследования.

БЕЗОПАСНАЯ БРИТВА ДЛЯ ЛЬДА И СНЕГА

Проблема очистки дворов и улиц от льда и снега заинтересовала Владимира Петрушкина из г. Лесосибирска Красноярского края. В наши дни для уборки заснеженных улиц применяют трактора и специальные автомобили, но, как указывает Владимир, узкие проходы во дворах, тропинки, ведущие к домам и крылечкам, для них недоступны. Эти места, часто покрытые льдом и смерзшимся снегом, приходится чистить вручную. Прочность смерзшегося снега и особенно льда порой приближаются к прочности бетона. Между тем инструмент для дворников по традиции делают из самых дешевых и недостаточно прочных материалов. В результате он очень быстро тупится, и работа с ним становится еще трудней.

Владимир предлагает особый скребок, предназначенный для удаления смерзшегося снега и льда. За образец он взял бритву со сменными лезвиями и предложил конструкцию, состоящую из хорошо заточенной пластины, которая крепится винтами к специальному держателю на рукоятке. Легко и быстро меняя лезвия, рабочий постоянно имеет в руках острый инструмент. Держатель представляет собою сварную коробку из листовой стали, в которой имеется пара сквозных отверстий с резьбой. Соответствующие отверстия имеются и на пластинах. Они вставляются в щель держателя и крепятся винтами.

Как полагает Владимир, рабочему придется эти пластины часто менять. Поэтому на рукоятке располагается специальная кассета для хранения десяти режущих пластин.

Предложение Владимира Петрушкина очень ценно, но требует серьезной конструкторской доработки. Начнем с того, что при работе на режущую пластину скребка будут действовать значительные изгибающие усилия. В зоне держателя пластина будет работать как рычаг, и эти силы возрастут во много раз. Держатель пластин окажется самым нагруженным местом инструмента. Поэтому придется подумать над размерами и формой.

Хорошую подсказку в этом отношении может дать внимательное изучение обычной лопаты. Ведь она работает практически с теми же нагрузками, что и скребок для снега. Однако конфигурация держателя пластины лопаты такова, что в нем возникают сравнительно небольшие изгибающие усилия.

Теперь о самих пластинах. На первых порах их следует делать из хорошей упругой и стойкой к износу стали, например, из стали для двуручных пил. Но при заводском изготовлении следует подумать о более стойких сменных пластинах с лазерной закалкой или наварной режущей кромкой из специальной стали. При правильном подборе материала и угла заточки сменные пластины будут оставаться острыми на протяжении нескольких смен.

«ЦИРКУЛЯТОРНЫЙ» ДВИГАТЕЛЬ

Заур Берая из грузинского города Поти, предлагает двигатель, работающий на сжатом воздухе, получаемом из баллона. Заур неплохо проработал механизм, который управляет подачей воздуха из баллона в цилиндр. (Правда, механизм этот достаточно сложен, известны и более простые. Один из них был описан в ЮТ № 5/04.)

Двигатель Заура был бы вполне работоспособен, но автор также предложил на одном валу с ним установить и компрессор для сжатия воздуха, чтобы закачивать его обратно в баллон. Таким образом, по мысли Заура, запас воздуха в баллоне будет постоянно пополняться и двигатель сможет работать неограниченно долго, не потребляя топлива.

Возможно ли это? Представим себе, что давление, объем и температура газа после сжатия в компрессоре окажутся равны давлению, объему и температуре в баллоне до начала работы двигателя. В этом случае, как это точно доказано в теории и экспериментах, работа, полученная от двигателя, будет никак не больше работы, потраченной на сжатие воздуха. В идеальном случае, при полном отсутствии потерь на трение, двигатель Заура сможет работать вечно. Но никакого избытка мощности на привод какой-либо внешней нагрузки у него при этом не останется. Это будет вечный, но абсолютно бесполезный двигатель!

Вот если воздух, сжатый компрессором, подогреть, то часть подведенного тепла перейдет в работу, и появится избыточная мощность. Получится воздушный тепловой двигатель, способный работать за счет тепла солнца или сгорания топлива. Таком двигатель построил несколько лет назад один из наших читателей. Но это другой рассказ.