Французского врача Жака Арсена Д’Арсонваля (1851 — 1940) в медицинской среде называют как изобретателя метода лечения при помощи электрических токов. Электротехникам он известен как создатель гальванометра. Знают его и энергетики. В 1881 году он предложил необычный паровой двигатель. Вы знаете, наверное паровой двигатель может работать, когда температура пара, выходящего из котла, выше, чем температура окружающей среды. Тогда, соприкасаясь с ней, он снова превращается в жидкость. Эту жидкость мочено снова закачать в котел, превратить в пар, и так без конца…
Температура нард на входе в турбину современной электростанции — б50° С. Отдав турбине часть своей внутренней энергии, пар попадает в конденсатор, где вновь превращается в воду.

Столь высокая начальная температура и котле помогает получить высокий КПД, но вообще говоря не обязательна. Например, у огромного колесно-винтового парохода “Грейт Истерн” (1859 г.) температура пара не превышала 112°С как в скороварке. Это резко упрощало выбор материала и всю конструкцию двигатели. Расход топлива был по нашим понятиям огромен, но инженеры тогда даже не догадывались, что он может быть во много раз ниже.

В 1881 году Д’Арсонваль предложил заменить в паровом двигателе воду сернистым ангидридом. Он кипит при температуре 20° — 30°С, а конденсируется при 4 — 6° С. Более того, Д’Арсонваль догадался, что для получения температуры 20 — 30° С не обязательно сжигать Топливо. Такую температуру имеют сточные воды многих заводов и горячие ключи. Но есть и еще более мощный, поистине безграничный источник такого тепла — это воды тропических морей и океанов. На согреваемой солнцем поверхности их температура как раз 25 — 30° С , по на глубине 1 км вода всегда холодна — плюс 4 — 6° С.
Почему бы не приспособить эту разность температур для работы парового двигателя? Итак, котел согревается теплом верхних слоев океана- Кипит сернистый ангидрид, и его пары вращают турбину. Пройдя через нее, пар попадает в конденсатор. Его трубы охлаждает почти ледяная вода, поднятая с глубин. Сернистый ангидрид снова превращается в жидкость, и насос закачивает его в потел.

Дли работы такому двигателю не требуется ни грамма топлива. В этом его огромная привлекательность. Но и необычность. Поэтому статья молодого ученого в научных кругах первые двадцать пять лет даже не обсуждалась. Затем о проекте стали писать, выявлять и устранять его недостатки.
На первых порах самым неприятным виделся сернистый ангидрид — агрессивная жидкость, по сути, почти Серная кислота, удержать которую в пределах контура двигатели было невозможно.

Не удавалось и подобрать другую легкокипящую жидкость; одни дороги, другие ядовиты, третьи огнеопасны.
И тогда два французских инженера Георг Клод и Поль Бушеро предложили применить в двигателе Д’Арсонваля самую совершенную, простую и нетоксичную жидкость — воду. Да, каждый знает, что вода кипит при 100 градусах. Но каждый инженер знает, что вода может кипеть и при температурах, близких к нулю. Нужно лишь создать пониженное давление. В 1926 году Клод и Бушеро продемонстрировали перед Французской академией наук двигатель, в котором вода кипела при температуре 28°С, пар вращал турбину, а от генератора горели лампочки.

Чтобы понять суть эксперимента, возьмите две колбы. 13 одну из них налейте теплую воду, в другую бросьте мелко наколотый лед. После этого соедините их трубкой (см, рис 1), Через несколько секунд вода закипит: находящиеся п воздухе пары воды сконденсируются на частицах льда, давление в колбах быстро понизится настолько, что водя начнет кипеть. Для того чтобы опыт удался, колбу с водой нужно продуть паром, чтобы удалить из нее воздух, и всю систему быстро закрыть.

При температуре 28°С, как это было в опыте, вода кипит при давлении 0,03 атм. В процессе кипения пар через трубку из колбы с водой будет перетекать в колбу со льдом. Скорость его может быть на удивление велик — 500 м/с.
А теперь взгляните на опыт Клода и Бушеро (см, рис, 2), Слева — бутыль с теплой водой. Справа — сосуд со льдом, через стенку которого проходит труба. Выходящий из нее пар устремляется на колесо паровой турбины. Турбина через ременную передачу вращает маленький генератор, от которого горят лампочки.

В одном из таких экспериментов мощность генератора кратковременно достигла 3 киловатт. На этом принципе ученые в 1928 году построили электростанцию возле бельгийского металлургического завода Угрей-Мариэй на реке Маас. Источником тепла для нее служила вода, охлаждавшая домну. Эту воду обычно сбрасывали в реку. Температура этой воды всегда была на 20° С выше, чем в реке, но этой небольшой разности температур оказалось достаточно, чтобы кипящая при пониженном давлении вода приводила в действие турбогенератор Мощностью 50 кВт.
Накопив необходимый опыт, в 1930 году инженеры Построили на Кубе установку, работающую от разности температуры океанских вод.
При этом выяснилось: самое сложное — это подъем с больших глубин холодной океанской воды, обрастание труб морскими организмами и значительный расход энергии на ее перекачивание.

Полезную мощность около 28 кВт получили, потратив более миллиона долларов из собственных средств. В 1934 году ученые начали сооружение плавающей установки для производства льда возле Рио-де-Жанейро. Однако при строительстве произошла авария. Продолжить работу Клод и Бушеро не смогли из-за нехватки средств.

Несмотря на всю привлекательность “даровой” энергии океана, строительство океанских электростанций на принципах Д’Арсонваля, Клода и Бушеро оказалось не выгодно. Слишком велики затраты на строительство установки» а окупаются они через десятки лет. В настоящее время лишь в США и Японии есть отдельные экспериментальные установки такого рода.

Но забывать идею не стоит. Ведь в стране есть промышленные предприятия, сбрасывающие теплые стоки, есть горячие ключи. Особый интерес представляют солнечные водонагревательные панели. С каждого квадратного метра такой панели в ясный день можно получить около киловатта тепла. Если его направить на подогрев воды в двигателе Клода и Бушеро, то можно получить до 70 Вт механической энергии. Имеющиеся в продаже полупроводниковые солнечные напели могут дать 90 — 100 Вт, по стоят они в десятки раз дороже.

Если нам захочется повторить опыт Клода и Бушеро, начинать придется с нуля. Первый шаг — это уже описанный опыт с двумя сосудами.
Кстати, если их соединить гибким прозрачным шлангом, то его можно укрепить на столике проектора и увидеть на экране образующиеся у стенок шланга бурные завихрения, свидетельствующие о движении потока пара.

Следующий шаг — заставить вращаться в этом потоке жестяную крыльчатку (см. рис. 3). Для этого ее нужно расположить в наглухо закрытом прозрачном сосуде. Его можно склеить из оргстекла. Было бы очень привлекательно вывести наружу вал крыльчатки для последующего соединений с генератором. Но давление и сосуде в тридцать раз ниже атмосферного, и воздух неизбежно проникает через отверстия для вывода вала.

Клод и Бушкро тоже не могли справиться с этой проблемой и потому расположили турбину и генератор под колпаком.
Дли нас важно вначале добиться быстрого вращения крыльчатки. Лишь после этого можно думать о соединении крыльчатки с генератором.
Очень многое в этом опыте зависит от качества исполнения крыльчатки. Поищите в школе демонстрационную модель паровой турбины. Кстати, с ротором подобной модели Клод и Бушеро показывали свой знаменитый опыт. От этого эксперимента всего лишь шаг до практически полезной энергетической установки.

Д. ВАРГИН Рисунки автора Журнал Юный техник №2-07г.