podstolom

…ЖИЛА-БЫЛА В XIX в. ПРОСТАЯ ПАРОВАЯ МАШИНА-ТРУДЯГА.
Но в XX столетии пришел ей на смену сложный двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Резвый такой малыш, настоящий озорник, хотя капризный и трудновоспитуемый. Температура у него была постоянно повышена — только успевай охлаждать вентиляторами-радиаторами! И все бы ничего, да много вылетает в трубу тепла рассеянного с дымом вонючим. А все почему? Каковы принципиальные недостатки воздушно-топливных ДВС? Во-первых, при высокой степени сжатия рабочего тела (газа) теряется мощность (-50% и более!) на подготовку и «сжимание» воздуха (окислителя). Оказывается, «бесплатный» воздух — на деле вовсе НЕ бесплатный, с точки зрения термодинамических потерь: его сначала нужно очень сильно «сдавить» (в 10 — 20 раз!), затратив немало сил. Газообразный окислитель (он же — рабочее тело) для ДВС — просто неудобен! Во-вторых, теплостойкость материалов, увы, ограничена, и двигатель приходится охлаждать. Итого: гигакилокалории тепла торжественно повышают энтропию Вселенной не только через выхлопную трубу, но и через корпус силовой установки. В-третьих, качество рабочей смеси воздух + горючее зависит от точного дозирования компонентов и «гомогенизации» смеси (аэрозоля) при сжигании. Гетерофазное смешивание и сжигание газожидкостных составов типа горючее- жидкость + окислитель-газ — проблемы сложные (см., например, статью в «ТМ», №7 за 2002 г.), коварные, не решенные до конца до сих пор, то есть более чем за 100 лет (!) технической эволюции ДВС. В-четвертых, развиваемая мощность топливно-воздушных ДВС ограничена малой плотностью газов даже на дне атмосферы. А ведь пороховой заряд (унитарное топливо), независимый от атмосферы, развивает на порядки большую мощность за счет газораспада конденсированного вещества, хотя калорийность порохов (до 800 — 1000 ккал/кг) на порядок меньше теплоты сгорания жидких горючих в «бесплатном» воздухе-окислителе. Наконец, топлива нефтяного происхождения и другие «альтернативные» горючие (спирты, газы и пр.) — взрыво-пожароопасны. Продукты сгорания углеродистых топлив в ДВС содержат канцерогены и опасны для человека и окружающей среды. Ну, хватит? Да кто же придумал воздушно-топливный ДВС, да еще на углеводородах, что за злодей?!

АВТОМОБИЛЬ НА ГАЗИРОВАННОЙ ВОДЕ ИЛИ… НА РАКЕТНОМ ТОПЛИВЕ.
Многие умники-двигателисты читали сказку про Незнайку. Иные вспомнят, как он угнал и разбил автомобиль Знайки на газированной воде. По замыслу конструктора Знайки, в топливный бак его авто заливалась газ-вода, где-то разлагалась, а пары-газы двигали поршни (вращали турбину). Суть в том, что Знайка-двигателист изобрел простой, как мычание, цикл работы на унитарном топливе-энергоносителе, независимом от атмосферы. И нужно-то лишь повысить работоспособность «газ-воды» и цикла Знайки до конкуренции с «единственно верным» ДВС! Итак, начинаются чудеса (для продвинутых двигателистов).
Во-первых, из таблицы Д.И. Менделеева и газовых законов следует, что идеальное рабочее тело — газообразный водород. Например, 1 кг воды (Н2О) при 100°С превратится в пар, который займет объем до ~1,5 м3, а 1 кг жидкого водорода (Н2) самопроизвольно раздуется аж до 11 — 12 м3. Так пусть же в рабочих газах для двигателя Знайки будет больше низкомолекулярных продуктов: пара Н2О и водорода Н2. А вот тяжелых и токсичных углеродсодержащих продуктов СО2, СО, С.Н™ — ни-ни! Другими словами, унитарный энергоноситель должен на 100% состоять из легких атомов водорода, азота, кислорода и, по возможности, не содержать углерода вообще. Во-вторых, чтобы не греть рождаемые холодные газы теплом окружающей среды, пусть «газ-вода» содержит окислитель для сжигания горючего-водоро- доносителя из того же раствора (по аналогии с унитарным топливом — порохом). Итак, топливо для «парогенераторного» двигателя инженера Знайки должно быть раствором из легких атомов Н, N, О по принципу: ОКИСЛИТЕЛЬ + ГОРЮЧЕЕ + РАСТВОРИТЕЛЬ. Тогда в унитарном топливе совмещаются функции окислителя, горючего и рабочего тела-газа в одной жидкой фазе, с гомогенизацией всех компонентов на молекулярном уровне! Наконец, топливо-раствор, в отличие от пороха, должно быть пожаровзрыво- безопасным, не токсичным для человека и окружающей среды, конкурентоспособным с нефтепродуктами (хотя бы на единицу работоспособности), удобным в обращении, с неограниченной сырьевой базой. Пока хватит. Да может ли быть такое? Научно ли? — спросят продвинутые двигателисты. И это хорошо. А вот «самые-самые» специалисты, «самые-самые» ДВС-ники ничего не спросят. И это плохо. За 100 лет эволюции ДВС удалось создать таких специалистов, в которых эти двигатели нуждаются. И теперь без воздуха, бензина или соляры достучаться до сознания ДВС-ников уже невозможно.
«ОЗВЕРИН» ДЛЯ МОТОРА И ОГОРОДА.
Скоро поршень двигается, да не скоро сказка сказывается. Итак, согласно техническому заданию на «унитарное топливо» для инженера Знайки, ищем дешевый, безопасный, крупнотоннажный, удобный в обращении, малотоксичный, растворимый и безуглеродный окислитель, состоящий из легких атомов Н, N, О, с неограниченной сырьевой базой на планете Земля… — вот, те, бабушка, и Юрьев день!
— …Есть такая партия! В школьной пробирке и на п/о «Азот» с мировой производительностью порядка 20 млн т в год готовятся горячие растворы концентрированного азотного удобрения — аммиачной селитры, AC (NHiNOs, аммоний азотнокислый, он же нитрат аммония) из растворов азотной кислоты и аммиака. Таким образом решается проблема получения связанного азота из атмосферы, знакомая каждому дачнику. Стоимость горячих 90%-ных растворов АС после синтеза-нейтрализации на производстве — по цене питьевой газировки, а то и дешевле. Для наших целей важно, что в молекулах АС присутствует и водород (горючее, 5%), и кислород (окислитель, его больше, 60%), а конечные продукты экзораспада АС состоят из 45% пара, 35% азота и 20% кислорода: 2NH<n03 = 4НгО + 2№ + Ог + 360 ккал/кг. Введение дешевых растворимых водородосодержащих горючих (5 — 20%-ные спирты, аммиак, карбамид и пр.) повышает экзотермичность газораспада водонитратных растворов до 750 — 950 ккал/кг, с выделением -1000 л/кг паров и газов (а это, господа двигателисты, — уровень энергетики нитроглицериновых бездымных порохов).
Задачка на сообразительность:
какой ДВС способен развить большую мощность: воздушно-топливный или на жидком топливе-порохе? Задача непростая.Свойства АС как самого безопасного окислителя и энергоносителя, а также кинетика термораспада АС хорошо изучены в теории взрывчатых веществ (ВВ). Способность к детонации сухих смесей АС с органикой исчезает при введении воды-растворителя с наполнением смеси жидкостью и резким ростом плотности системы. Другими словами, если в цистерну с водонитратным раствором (АС + нелетучее горючее) при температуре до 100'С пальнуть кумулятивной гранатой или зарядом высокобризантного ВВ, детонации и горения продукта не случится (бризантность — это способность взрывчатого вещества при взрыве производить местное дробление твердой среды, прилегающей непосредственно к заряду). Цистерну только испортим. А для сравнения — пусть двигателисты проделают тот же опыт с цистерной бензина.
Еще задачка на сообразительность:
будет ли воздушнотопливный ДВС работать на поверхности Луны? (Варианты ответов: 1 — да; 2 — нет; 3 — проблема не исследовалась; 4 — отсутствует необходимое финансирование.)
«ПРОСВЕЩЕНИЕ ВНЕДРЯТЬ С УМЕРЕННОСТЬЮ, ПО ВОЗМОЖНОСТИ ИЗБЕГАЯ КРОВОПРОЛИТИЯ…»
Чтобы двигателистам, привыкшим к воздуху (в котором, напомню, на четыре молекулы
N приходится одна молекула О2), было легче дышать, представим навеску чистой АС в виде твердого воздуха: те же 20% активного кислорода, азот и 45% паров воды. АС-окислитель — тот же «воздух», но с плотностью монокристалла 1,725 г/см3, то есть бесплатно сжатый атомно-молекулярными связями, только не в 20, не в 200, а в 1700 раз! Плюс ~360 ккал при газораспаде 1 кг АС. Но добавим в концентрированный раствор АС горючее-водородоноситель, пусть автомобиль Знайки на водонитратном топливе едет дальше и дальше! А какие же существуют в природе самые дешевые растворимые горючие- водородоносители?
Карбамид (он же мочевина) СО(NH2)2.
Это концентрированное удобрение, производное аммиака и углекислоты.
Реакция с АС дает: 3NH<n03 + CO(NH2)2 =
СОг + 8НгО + 4№ + 760 ккал/кг.
Растворимость эвтектики АС + карбамид очень высока в воде и в спиртах (эвтектика — жидкая система, находящаяся при данном давлении в равновесии с твердыми фазами, число которых равно числу компонентов системы).

Аммиак NH3 — пример безуглеродного горючего. Сродство аммиака к АС чрезвычайно велико. Например, раствор АС в аммиаке 80/20 не кипит по этой причине в открытом стакане аж до +30"С(!), хотя чистый аммиак-растворитель кипит при -3°С. При стехиометрическом соотношении АС/аммиак (88/12) в отработавших газах ожидается лишь вода (66%) и азот (34%). Малый избыток NH3 в реакторе «сожрет» на 100% все возможные азотнокислотные примеси NOx в продуктах распада АС.
Наиболее богат водородом метиловый спирт СНзОН (метанол). Со спиртом- этанолом калорийность стехиометрического алкогольного коктейля крепостью 9° составит 905 ккал/кг при общем содержании углерода 5,3%.
Пока хватит. Некоторые промежуточные выводы:
1. Работоспособность сбалансированных по кислороду водонитратных систем с расширением продуктов «из ничего» близка к бездымным порохам. Ну, и развиваемая мощность, соответственно…
2. Содержание углерода в унитарном топливе-растворе составляет 0 — 5,5%. Для сравнения: содержание углерода в бензине составляет 85 — 90%!
3. Стоимость водонитратного топлива — на уровне газ-воды, а сырьевая база неограниченна (вода, воздух).
Цены такому топливу нет, это топливо для двигателей XXI в!
«САМОВОЗВРАТ» РАСТВОРИТЕЛЯ И ТЕПЛА В РАБОЧЕМ ЦИКЛЕ.
Но придумаем еще лучше. Часть отработавших паров НгО направим обратно в топливный бак растворять кристаллы АС и разбавлять «до кондиции» рабочий раствор. Тогда в расходной части топливной системы всегда будут в наличии порции готового рабочего раствора от предыдущей поездки. А тепло отработавших газов утилизируем во встречном теплообменнике с противотоком «холодных» порций раствора («труба в трубе»). Пусть теплота конденсации отработавшего пара (100°С) бесплатным кипятком греет всю топливную магистраль и расходную часть топливного бака, с «накачкой» энергии при растворении АС (теплопоглощение до -78 ккал/кг). В реакторе это «аккумулированное» тепло выделится вновь — как «сверхприбыль» к теплоте сгорания. Таким образом, «самовозврат» тепла и воды даст «сверхприбыль» работоспособности до 15 — 20%. И теперь алюминиевый бак автомобиля Знайки можно загружать, к примеру, кристаллизованными эвтектическими плавами (в форме шаров или цилиндров) с минимальным содержанием «балластной» воды-растворителя при любой температуре окружающей среды. Сердце «парогенераторного» двигателя автомобиля Знайки — маленький неохлаждаемый реактор из нержавеющей стали (металлокерамики) для непрерывного газораспада. Туда насосом «вдавливается» подогретый «самовозвратным» теплом (100 — 150°С) энергоноситель. Регулируя рецептуру, концентрацию топлива, давление и температуру в реакторе, газогенерацию можно наблюдать или в непрерывно-беспламенном режиме газообразования (300 — 400°С), или в режиме сгорания неярким водородным пламенем (600 — 2000°С). Огромное количество газов расширяется через реактор и двигатель в 1500 — 2000 раз, до Р2=1 атм с конденсацией пара Н2О при Т2=100°С.
Максимальные параметры в предельном случае газораспада в «нулевом» объеме раствора весьма впечатляют: То ~ 2500'С; Ро — более 10000 атм. От реактора — источника высокого давления — работают обычные цикличный поршневой двигатель или паровая турбина, КПД расширения рабочего тела в 50 — 100 раз составит 70 — 75%. Правда, при расширении паров-газов в двигателе в 50 — 100 раз для того же пробега без дозаправки «парогенера- торному» автомобилю требуется в 3 — 4 раза больше топлива по массе (или примерно вдвое — по объему топливного бака), чем штатного бензина. Но если это сравнить с пропагандируемыми метаном, водородом (жидким), а тем более — с электрическими аккумуляторами…
САПОГИ-СКОРОХОДЫ И КОВЕР-САМОЛЕТ?
Редкий «паровик» осмелится конкурировать с ДВС, как редкий двигателист не дурел бы от бензина. Но может, идея «водонитратно-парового» мотора способна предельно упростить силовую установку тепловой машины? В самом деле, логическим следствием
унитарного топлива (окислитель + горючее) будет «унитарность» конструкции всей силовой установки (двигатель + движитель), с отказом от концепции двигателя как отдельного агрегата! — Ага, — обрадуются ДВС-ники, — здесь, кажется, изобретают не то велосипед, не то паровую ракету?! — Увы, но КПД ракеты, огонь, грохот и все такое не оставляют надежд на лучший исход, а вот паровые летающие велосипеды (сверхмалые летательные аппараты — СЛА — класса «летающий мопед», «гипербайк», «аэромобиль» и пр.) в дополнение к наземному транспорту — пожалуй. Форсаж крылатого «водонитратного» аэроцикла с приводом винта от могучей паровой турбины позволит взлетать хоть вертикально, а затем ложиться на горизонтальный курс, с экономичным «самолетным» расходом топлива… Но придумаем еще лучше. Оказывается, удельный расход водонитратного топлива можно запросто снизить в 1,5- 2 раза, если…
— «…Что, что случилось? Ага… Хм…» — в общем, специалисты говорят, типа, что ничего такого «унитарного» быть, конечно, не может, а если и может, то нефти — навалом, и чихать все хотели на «унитарные» технологии. И ведь они правы! Проблема эта не техническая. Это проблема сознания. Так что, никогда не поедет автомобиль «на газированной воде» по поверхности Земли и Луны? не полетит аэроцикл на водонитратном топливе? не поплывет на тысячи километров под водой «парогенераторная» лодка? не будет паросиловых ДВС размером с табуретку мощностью в несколько танков? не состоятся соревнования скороходов в сапогах-экзоскелетах на паровом приводе? Ведь тысячи причин найдутся для отказа от всего этого. Но если оставить проблемы экологически чистого и не нуждающегося в ископаемом топливе транспорта внукам, то их, внуков, может и не быть…
Техника молодежи 2002г

Примерно 1960г деревянная мостовая