Солнечный насос для воды
НАСОС ПОДКЛЮЧЕННЫЙ К СОЛНЦУ
О чудесах не подозревали в маленьком садовом кооперативе под Брянском. У садоводов на уме одно: добывать из скважин воду. В жару все работоспособное население приковано к тяжелым ручкам чугунных насосов. Надо качать ведро за ведром, чтобы напоить жаждущие всходы.
Один из кооперативщиков, Петр Антонович Радченко, приспособился качать воду не руками, а... ногами, благо мужчина он крупный. Выйдет утром, присоединит к трубе «лягушки» — те, что для накачивания резиновых матрацев предназначены« — встанет на них и совершает «шаг на месте». Как наберет запас воды — закончен моцион.
А потом что-то это дело забросил. Весь день на грядках копается, за деревьями ухаживает, а воды у него полно. Все баки до краев.
Как-то утром соседка встала пораньше и ждет Радченко.
— Что это у вас, Петр Антонович, всю ночь булькает! — спросила любопытная женщина.
— А вода идет...
— Кто ж качает-то ее?
— Никто. Она сама по себе.
Радченко улыбается, щурится на раннее солнышко. А женщина обиделась.
Вскоре пришел еще один делегат от соседей. Подвел Петр Антонович его к своей установке: черная решетка, бидон из-под молока и две трубы, опущенных в скважину. Чтоб понятней было объяснение, нарисовал на земле такой чертежик (рис. 1).
Суть его вот в чем: в трубках, из которых состоит черная решетка, находится жидкость, кипящая при низкой температуре, например пропан-бутан. Решетка соединена с резиновой грушей, опущенной в бидон. А сам бидон имеет в крышке два клапана: один впускает воздух внутрь, другой выпускает его порциями под давлением около одной атмосферы в воздухопроводную трубу.
Теперь запустим «машину». Для этого надо вылить ковшик холодной воды на черную решетку. Сжиженный пропанбутан в трубках решетки охладится. Давление его паров упадет, и резиновая груша сожмется. Бидон тем временем наполнится воздухом.
Пока я это писал, солнце уже успело высушить и нагреть черную решетку. Жидкость начала интенсивно испаряться и раздувать резиновую грушу. Она, в свою очередь, сжимала находящийся в бидоне воздух. При давлении около одной атмосферы открылся клапан трубы, и в нее ринулась воздушная пробка. Пройдя по трубе, врезанной в другую, она, как поршень, погнала перед собой воду к душевой приставке. Поднявшийся из скважины «глоток» воды брызнул на черную решетку.
Решетка охладилась. Груша сжалась, и повторился еще один рабочий цикл. За ним второй, третий и так без конца, пока клапаны не износятся или трубы не поржавеют.
«А ночью!» — спросите вы. «Что ночью! Летняя ночь теплая, температура же подземных вод постоянно держится около +8 С. Ночью рабочий цикл станет чуть подлинней, так как решетка сохнет медленней. Только и всего». — «А зимой!» — «И зимой пойдет работа, но с «перевернутым» циклом: подземная вода будет нагревать решетку, а морозный воздух — охлаждать». В любое время может работать чудо-машина потому, что принцип ее действия — разность температур подземной воды и окружающего воздуха. Конечно, теоретически существует единственный случай — тепловое равновесие, — когда Петру Антоновичу придется снова побегать с ведрами, но момент этот очень кратковременен.
Природа не знает застоя. Она вся движение. Тепло — самый «текучий» вид энергии. Воздух — самая подвижная субстанция. И поэтому с завидным постоянством сохраняется разница температур между атмосферным воздухом и подземной водой.
На взгляд теплотехника, новое устройство, представляет собой простейший случай тепловой машины. Именно тот, с которого Сади Карно начал свои знаменитые теоретические исследования: машина, чтобы производить работу, должна иметь по меньшей мере два тепловых источника: нагреватель — с высокой температурой и холодильник — с низкой. В обычных устройствах они разделены, и можно точно сказать, где что находится. А где холодильник и нагреватель в устройстве Радченко!
В этом и кроется остроумие нового предложения: в одной детали, черной решетке, сосредоточено и то и другое. Под холодным душем она холодильник; под солнечными лучами — нагреватель.
О чудесах не подозревали в маленьком садовом кооперативе под Брянском. У садоводов на уме одно: добывать из скважин воду. В жару все работоспособное население приковано к тяжелым ручкам чугунных насосов. Надо качать ведро за ведром, чтобы напоить жаждущие всходы.
Один из кооперативщиков, Петр Антонович Радченко, приспособился качать воду не руками, а... ногами, благо мужчина он крупный. Выйдет утром, присоединит к трубе «лягушки» — те, что для накачивания резиновых матрацев предназначены« — встанет на них и совершает «шаг на месте». Как наберет запас воды — закончен моцион.
А потом что-то это дело забросил. Весь день на грядках копается, за деревьями ухаживает, а воды у него полно. Все баки до краев.
Как-то утром соседка встала пораньше и ждет Радченко.
— Что это у вас, Петр Антонович, всю ночь булькает! — спросила любопытная женщина.
— А вода идет...
— Кто ж качает-то ее?
— Никто. Она сама по себе.
Радченко улыбается, щурится на раннее солнышко. А женщина обиделась.
Вскоре пришел еще один делегат от соседей. Подвел Петр Антонович его к своей установке: черная решетка, бидон из-под молока и две трубы, опущенных в скважину. Чтоб понятней было объяснение, нарисовал на земле такой чертежик (рис. 1).
Суть его вот в чем: в трубках, из которых состоит черная решетка, находится жидкость, кипящая при низкой температуре, например пропан-бутан. Решетка соединена с резиновой грушей, опущенной в бидон. А сам бидон имеет в крышке два клапана: один впускает воздух внутрь, другой выпускает его порциями под давлением около одной атмосферы в воздухопроводную трубу.
Теперь запустим «машину». Для этого надо вылить ковшик холодной воды на черную решетку. Сжиженный пропанбутан в трубках решетки охладится. Давление его паров упадет, и резиновая груша сожмется. Бидон тем временем наполнится воздухом.
Пока я это писал, солнце уже успело высушить и нагреть черную решетку. Жидкость начала интенсивно испаряться и раздувать резиновую грушу. Она, в свою очередь, сжимала находящийся в бидоне воздух. При давлении около одной атмосферы открылся клапан трубы, и в нее ринулась воздушная пробка. Пройдя по трубе, врезанной в другую, она, как поршень, погнала перед собой воду к душевой приставке. Поднявшийся из скважины «глоток» воды брызнул на черную решетку.
Решетка охладилась. Груша сжалась, и повторился еще один рабочий цикл. За ним второй, третий и так без конца, пока клапаны не износятся или трубы не поржавеют.
«А ночью!» — спросите вы. «Что ночью! Летняя ночь теплая, температура же подземных вод постоянно держится около +8 С. Ночью рабочий цикл станет чуть подлинней, так как решетка сохнет медленней. Только и всего». — «А зимой!» — «И зимой пойдет работа, но с «перевернутым» циклом: подземная вода будет нагревать решетку, а морозный воздух — охлаждать». В любое время может работать чудо-машина потому, что принцип ее действия — разность температур подземной воды и окружающего воздуха. Конечно, теоретически существует единственный случай — тепловое равновесие, — когда Петру Антоновичу придется снова побегать с ведрами, но момент этот очень кратковременен.
Природа не знает застоя. Она вся движение. Тепло — самый «текучий» вид энергии. Воздух — самая подвижная субстанция. И поэтому с завидным постоянством сохраняется разница температур между атмосферным воздухом и подземной водой.
На взгляд теплотехника, новое устройство, представляет собой простейший случай тепловой машины. Именно тот, с которого Сади Карно начал свои знаменитые теоретические исследования: машина, чтобы производить работу, должна иметь по меньшей мере два тепловых источника: нагреватель — с высокой температурой и холодильник — с низкой. В обычных устройствах они разделены, и можно точно сказать, где что находится. А где холодильник и нагреватель в устройстве Радченко!
В этом и кроется остроумие нового предложения: в одной детали, черной решетке, сосредоточено и то и другое. Под холодным душем она холодильник; под солнечными лучами — нагреватель.
Насос непосредственно «подключен» к природе. Использует ее силы напрямую. Он родной брат ветряной мельнице, водяному колесу, парусу.
Сконструировать такой «вечный двигатель» может каждый. Если вы получаете воду из скважины, значит, обсадные трубы у вас уже есть. Бидон из-под молока не дефицит. Грушу легко склеить из автомобильной камеры. Пропан-бутан продается в хорошо известных красных баллончиках для газовых плит. Только решетку из трубок придется сделать самим. Размеры — произвольные. Радченко, например, нашел на свалке старую трубчатую решетку — и готово, и приспособил ее для своих нужд. На все устройство он потратил... шесть рублей. Трудность есть. Одна, но серьезная. Необходимо тщательно подобрать диаметры воздухопроводной и обсадной труб, да так, чтобы пузырек воздуха выталкивал воду, как поршень. Иначе получится эрлифт, в котором воздух перемешивается с водой, и вверх поднимается своеобразная «газировка». Коэффициент же полезного действия эрлифта, как известно, низок.
Радченко, подбирая диаметры труб, добился эффекта поршня. Его насос за один «вдох» поднимает 2 л воды. Составленный из десяти труб — соответственно 20 л. Придется и вам поэкспериментировать.
Водокачка, которой не нужно горючего, пригодится не только садоводам. Вода необходима и полям, особенно в засушливых районах, требующих искусственного орошения. Много ее идет и на животноводство. Не говоря уж о нуждах населения...
Чтобы добыть такое количество воды, нужна мощная техника и немалые затраты энергии.
Посильную помощь в решении этой проблемы может внести и водоподъемник Радченко.
Не откажутся от дешевой несложной установки геологи и работники далеких метеостанций, жители таежных поселков,, степей, пустынь.
Новинку уже применили на Брянском отделении Московской железной дороги. Чудо-насос добывает из трехметровой скважины 72 л воды в сутки, не требуя никакой дополнительной энергии.
На Кременчугском заводе дорожных машин приступили к серийному выпуску нового водоподъемника.
Кроме своего прямого назначения — качать воду, необычный агрегат можно еще использовать для... внесения удобрения. Достаточно для этого присоединить к воздушной трубе баллон со сжатым аммиаком. Газ, выталкивая воду, одновременно будет растворяться в ней, и на поля хлынет уже аммиачная вода — лучшее минеральное удобрение, да еще в жидкой, наиболее удобной для растений форме.
Сконструировать такой «вечный двигатель» может каждый. Если вы получаете воду из скважины, значит, обсадные трубы у вас уже есть. Бидон из-под молока не дефицит. Грушу легко склеить из автомобильной камеры. Пропан-бутан продается в хорошо известных красных баллончиках для газовых плит. Только решетку из трубок придется сделать самим. Размеры — произвольные. Радченко, например, нашел на свалке старую трубчатую решетку — и готово, и приспособил ее для своих нужд. На все устройство он потратил... шесть рублей. Трудность есть. Одна, но серьезная. Необходимо тщательно подобрать диаметры воздухопроводной и обсадной труб, да так, чтобы пузырек воздуха выталкивал воду, как поршень. Иначе получится эрлифт, в котором воздух перемешивается с водой, и вверх поднимается своеобразная «газировка». Коэффициент же полезного действия эрлифта, как известно, низок.
Радченко, подбирая диаметры труб, добился эффекта поршня. Его насос за один «вдох» поднимает 2 л воды. Составленный из десяти труб — соответственно 20 л. Придется и вам поэкспериментировать.
Водокачка, которой не нужно горючего, пригодится не только садоводам. Вода необходима и полям, особенно в засушливых районах, требующих искусственного орошения. Много ее идет и на животноводство. Не говоря уж о нуждах населения...
Чтобы добыть такое количество воды, нужна мощная техника и немалые затраты энергии.
Посильную помощь в решении этой проблемы может внести и водоподъемник Радченко.
Не откажутся от дешевой несложной установки геологи и работники далеких метеостанций, жители таежных поселков,, степей, пустынь.
Новинку уже применили на Брянском отделении Московской железной дороги. Чудо-насос добывает из трехметровой скважины 72 л воды в сутки, не требуя никакой дополнительной энергии.
На Кременчугском заводе дорожных машин приступили к серийному выпуску нового водоподъемника.
Кроме своего прямого назначения — качать воду, необычный агрегат можно еще использовать для... внесения удобрения. Достаточно для этого присоединить к воздушной трубе баллон со сжатым аммиаком. Газ, выталкивая воду, одновременно будет растворяться в ней, и на поля хлынет уже аммиачная вода — лучшее минеральное удобрение, да еще в жидкой, наиболее удобной для растений форме.
Теперь попробуйте присоединить к трубе баллон с углекислотой. Регулируя краном давление в воздухопроводной трубе так, чтобы пузырьки газа выталкивали воду из обсадной трубы достаточно мелкими и частыми порциями, вы получите отличный заменитель сатур5аторной установки. Напиться холодной вкусной «газировки» в жаркий день в полевую страду, согласитесь, отменное удовольствие.
В основе работы водоподъемника лежит классический термодинамический принцип тепловой машины, сформулированный Сади Карно: для совершения работы необходимы нагреватель и холодильник. Остроумие конструкции Петра Антоновича Радченко заключается в том, что роль обоих источников тепла поочередно выполняет одна деталь — черная решетка из трубок.
Движущей силой всей системы является разность температур между окружающим воздухом (или солнцем) и подземной водой.
Основные элементы конструкции
Как показано на схеме в файле 1000018296.jpg, устройство состоит из следующих частей:
Черная решетка — заполнена легкокипящей жидкостью (например, пропан-бутаном).
Резиновый баллон (груша) — находится внутри герметичного бидона из-под молока и соединен с решеткой.
Бидон с двумя клапанами в крышке: один впускает атмосферный воздух внутрь бидона, другой — выпускает его под давлением в воздухопроводную трубу.
Система труб в скважине — воздухопроводная труба врезана в обсадную трубу с водой.
Душевая приставка — расположена над черной решеткой для ее охлаждения.
Пошаговый цикл работы (как это работает)
Нагрев и расширение: Солнечные лучи нагревают черную трубчатую решетку. Находящийся в ней пропан-бутан интенсивно испаряется. Давление паров растет, из-за чего резиновая груша внутри бидона сильно раздувается.
Выталкивание воздуха: Раздуваясь, груша сжимает воздух, находящийся в бидоне вокруг нее. Когда давление достигает примерно одной атмосферы, открывается выпускной клапан, и порция сжатого воздуха устремляется в воздухопроводную трубу.
Подъем воды: Воздушная пробка, проходя по трубе в скважине, действует как поршень — она гонит перед собой порцию («глоток») воды вверх по обсадной трубе.
Охлаждение и сжатие: Поднявшаяся вода через душевую приставку выливается наружу, при этом часть ее брызгает прямо на черную решетку. Вода из скважины холодная, поэтому решетка мгновенно охлаждается. Пропан-бутан конденсируется, давление паров падает, и резиновая груша сжимается. В этот момент через впускной клапан бидон снова наполняется порцией свежего воздуха из атмосферы.
Повторение: Солнце снова высушивает и нагревает решетку, и цикл запускается заново.
Главный секрет эффективности: Петр Антонович точно подобрал диаметры воздухопроводной и обсадной труб. Благодаря этому пузырек воздуха выталкивает воду целиком, как поршень, а не просто перемешивается с ней (что происходило бы в низкоэффективном эрлифте).
Работа в разное время года и суток
Машина способна работать практически круглосуточно, так как температура подземных вод всегда стабильна (около +8\text{ }^\circ\text{C}):
Ночью: Летняя ночь теплая, а вода холодная. Система продолжает работать, просто рабочий цикл становится длиннее, так как решетка после обливания сохнет и нагревается медленнее.
Зимой: Установка работает в «перевернутом» режиме. Теперь более теплая подземная вода (+8\text{ }^\circ\text{C}) используется для нагрева решетки, а морозный атмосферный воздух — для её охлаждения.
Модификация с газовым баллоном
В тексте также описывается альтернативный вариант использования энергии сжатого газа вместо солнца и воздуха (схема представлена в файле рис.2
Если вместо бидона и решетки подключить к трубе баллон со сжатым газом (аммиаком или углекислотой) и отрегулировать подачу вентилем, то газ будет точно так же порциями выталкивать воду наружу.
При использовании аммиака газ растворяется в воде, и на выходе получается готовое жидкое аммиачное удобрение.
При использовании углекислоты мелкие порции газа насыщают воду, превращая установку в автомат с газированной водой.
В качестве альтернативы пропан-бутану в подобных тепловых машинах и термодинамических игрушках используются вещества с очень низкой температурой кипения и высокой летучестью. Вы абсолютно правы, заметив связь: на ваших фото представлена знаменитая термодинамическая игрушка «Пьющая птичка» (Drinking Bird), и принцип её работы практически идентичен насосу Радченко.
Вот основные жидкости, которые идеально подходят для таких систем благодаря своим свойствам мгновенно испаряться от минимального тепла и быстро конденсироваться при охлаждении:
1. Дихлорметан (метиленхлорид, CH_2Cl_2)
Это именно то вещество, которое залито в классическую «пьющую птичку» на вашем фото (на третьей картинке на листке даже сгенерирована его химическая формула).
Почему он: Он закипает всего при +39.6 °C. Обладает огромной скоростью испарения. Даже небольшого охлаждения клюва птички за счет испарения воды достаточно, чтобы внутри головы упало давление, и жидкость устремилась вверх по трубке.
2. Фреоны (хладагенты, например R-134a, R-410a и др.)
Фреоны — это специализированные газы для холодильных машин, которые в обычных условиях являются газами, но легко сжижаются под небольшим давлением.
Почему они: Они созданы для того, чтобы моментально переносить тепло, мгновенно закипая и конденсируясь при незначительных изменениях температуры и давления. Их термодинамические свойства еще более выражены, чем у пропан-бутана.
3. Диэтиловый эфир
Один из классических вариантов, который использовался в первых лабораторных прототипах подобных тепловых движителей.
Почему он: Температура кипения составляет около +34.6 °C. Он чрезвычайно летуч и чутко реагирует на малейшие перепады температур. Однако в самодельных конструкциях его используют редко из-за высокой огнеопасности и взрывоопасности паров.
Что объединяет эти вещества с первой схемой двигателя?
И в насосе Радченко, и в «пьющей птичке» работает один и тот же замкнутый цикл:
Нагрев: Нагрев жидкой фазы (солнцем или теплом воздуха) превращает её в газ \rightarrow объем резко увеличивается \rightarrow растет давление \rightarrow совершается механическая работа (груша расширяется или жидкость давит на столб).
Охлаждение: Обливание холодной водой \rightarrow газ мгновенно конденсируется обратно в жидкость \rightarrow объем падает \rightarrow давление падает \rightarrow система возвращается в исходное состояние.
Для таких систем критически важна высокая плотность пара и низкая удельная теплота испарения: вещество должно переходить из жидкого состояния в газообразное при минимальных энергозатратах и максимально быстро. Дихлорметан и сжиженные фреоны справляются с этим лучше всего.
Вот основные жидкости, которые идеально подходят для таких систем благодаря своим свойствам мгновенно испаряться от минимального тепла и быстро конденсироваться при охлаждении:
1. Дихлорметан (метиленхлорид, CH_2Cl_2)
Это именно то вещество, которое залито в классическую «пьющую птичку» на вашем фото (на третьей картинке на листке даже сгенерирована его химическая формула).
Почему он: Он закипает всего при +39.6 °C. Обладает огромной скоростью испарения. Даже небольшого охлаждения клюва птички за счет испарения воды достаточно, чтобы внутри головы упало давление, и жидкость устремилась вверх по трубке.
2. Фреоны (хладагенты, например R-134a, R-410a и др.)
Фреоны — это специализированные газы для холодильных машин, которые в обычных условиях являются газами, но легко сжижаются под небольшим давлением.
Почему они: Они созданы для того, чтобы моментально переносить тепло, мгновенно закипая и конденсируясь при незначительных изменениях температуры и давления. Их термодинамические свойства еще более выражены, чем у пропан-бутана.
3. Диэтиловый эфир
Один из классических вариантов, который использовался в первых лабораторных прототипах подобных тепловых движителей.
Почему он: Температура кипения составляет около +34.6 °C. Он чрезвычайно летуч и чутко реагирует на малейшие перепады температур. Однако в самодельных конструкциях его используют редко из-за высокой огнеопасности и взрывоопасности паров.
Что объединяет эти вещества с первой схемой двигателя?
И в насосе Радченко, и в «пьющей птичке» работает один и тот же замкнутый цикл:
Нагрев: Нагрев жидкой фазы (солнцем или теплом воздуха) превращает её в газ \rightarrow объем резко увеличивается \rightarrow растет давление \rightarrow совершается механическая работа (груша расширяется или жидкость давит на столб).
Охлаждение: Обливание холодной водой \rightarrow газ мгновенно конденсируется обратно в жидкость \rightarrow объем падает \rightarrow давление падает \rightarrow система возвращается в исходное состояние.
Для таких систем критически важна высокая плотность пара и низкая удельная теплота испарения: вещество должно переходить из жидкого состояния в газообразное при минимальных энергозатратах и максимально быстро. Дихлорметан и сжиженные фреоны справляются с этим лучше всего.
Комментарии
Отправить комментарий