из сборника В защиту науки
Чудо-миксер, или новое пришествие вечного двигателя
Е.Б. Александров
Выполняя поручение академика Э.П. Круглякова, я в декабре 2008 г. принимал участие в подготовке телевизионной передачи, посвящённой так называемым «вихревым теплогенераторам». Выбор председателя Комиссии по лженауке пал на меня, видимо, потому что у меня уже был некоторый опыт обращения к этой теме [1]. Режиссер передачи планировал отснять интервью с руковод-ством группы компаний «Тепло XXI века», совместив с демонстра-цией действия «вихревого теплогенератора», который её создате-ли более торжественно называют «гидродинамическим тепловым насосом». Установка использовалась для нагрева воды в системе водяного отопления офисного здания в центре Москвы. Пояснения по её устройству и функционированию давал председатель совета директоров группы «Тепло XXI века» К.В. Урпин, сообщивший для начала, что их фирма устанавливает своё оборудование по всей России, в странах СНГ, а также в Южной Корее и в Японии.
«Вихревые теплогенераторы» представляют собой устрой-ства, преобразующие электроэнергию в тепло не путём прямого (резистивного) нагрева, а окольно: сначала электроэнергия пре-образуется в механическую энергию вращения электродвигателя, нагруженного на «активатор», представляющего собой систему вращающихся и неподвижных дисков с отверстиями. При запол-нении «активатора» водой, последняя нагревается. Затея выгля-дит достаточно странно: вместо того, чтобы просто нагревать воду банальным кипятильником, громоздится дорогая и тяжёлая электромеханическая конструкция, подверженная износу, нуж-дающаяся в обслуживании и очень шумная. Однако все эти недо-статки будто бы с лихвой искупаются одним чудесным свойством системы: она якобы производит больше тепловой энергии, чем затрачивает электрической! Выигрыш характеризуется отноше-нием полученной энергии к затраченной, которое лежит обычно в пределах 1.3 . 2. Говоря без обиняков, воплощена древняя мечта человечества о «вечном двигателе» первого рода.
В своём рассказе Константин Валентинович не стал вдаваться в объяснения истоков лишней энергии, сказав лишь, что высказывается много различных гипотез - от «холодного» термоядерного синтеза в кавитационных пузырьках до таинственных торсионных полей. Сам он не верит в «термояд», поскольку из генераторов, «слава Богу, не зафиксировано выхода нейтронов». Скорее он склонен думать, что дополнительная энергия связана с разрывом связей между молекулами воды, но это дело науки, а он практик. Далее Урпин познакомил слушателей с большим набором отзы-вов от потребителей - все исключительно похвальные, многие со-держат результаты измерений эффективности теплогенераторов, которая никогда не бывает меньше 130%. А иногда превышает 200% (доходит и до 450%!). «Японцы, например, используя наш агрегат ТС1-055, намерили 195% и отметили удивительный ре-зультат - при переносе установки на полметра её эффективность возросла до 218%». (И впрямь, удивительный результат!) Далее говорилось, что для эффективной работы установки нужна хоро-шая теплоизоляция помещения (!). Если всё сделано хорошо, то один киловатт электрической мощности достаточен для обогре-ва помещения площадью 200 м2, в то время как обычный ТЭН (тепловой электрический нагреватель) тратит один киловатт на 10 м2. «Так это значит, что КПД установки не 130%, а 2000%!» - вставил я. «Ну, выходит, так!» - согласился докладчик.
Я спросил Урпина, знает ли он об интернетных публикациях его конкурента - «академика из Молдовы» Ю.С. Потапова, кото-рый строит аналогичные агрегаты в Северодвинске. Потапов уже шесть лет назад публиковал в Интернете сведения о реализации «замкнутой» системы, т.е. об идеальном вечном двигателе: из ге-нерируемого тепла производится электроэнергия, которая опять используется для получения тепла (избыточного), так что агрегат, производя тепловую и электрическую энергию из ничего (по-на-учному, из «физического вакуума!»), не нуждается в электросети. Потапов шикарно называл эти волшебные устройства «кванто-выми теплоэлектростанциями». Урпин отвечал уклончиво: да, он знает Потапова и сам его представлял в Северодвинске. Слыхал и о замкнутой системе и однажды ездил с Потаповым на её де-монстрацию, но она почему-то не состоялась. Однако, настаивал Урпин, Потапов ему не конкурент, у компании «Тепло XXI века» вообще конкурентов нет.
Я спросил об обороте фирмы. Ответ был - «коммерческая тайна». Но по ходу дела говорилось, что установлено уже не ме-нее 500 генераторов различной мощности. Самый дешевый - с мощностью мотора 50 кВт - стоит 399 тыс. руб. Более мощные дороже.
После демонстрации установки и подробного рассказа Урпина по сценарию телепередачи предполагался наш с ним диспут. Выступая в роли оппонента, я начал с того, что сама идея отапли-вать помещение электричеством в основе порочна, так как в нашей стране КПД тепловых электростанций не превышает 40%. Полу-ченное из тепла очень дорогое электричество снова перегонять в тепло достаточно нелепо. Но, в некоторых случаях, признал я, это тактически оправдано - когда топлива под рукой нет или оно дорогое, а есть много дешевой электроэнергии. При этом, с моей точки зрения, сначала превращать электричество в механическую работу, а потом её перегонять в тепло уже совсем странно. Наши предки почти две сотни лет назад измерили тепловой эквивалент работы, и он с тех пор не изменился, как никто не отменял и закон сохранения энергии. Сколько я знаю, все разговоры о появлении избыточного тепла в лучшем случае базируются на плохих изме-рениях. А когда делались аккуратные измерения, то всегда ока-зывалось, что тепла выделяется немного меньше, чем затрачено электроэнергии. (Видимо, предположил я, часть энергии улетает через окна в виде шума, которого очень много.)
Это был мой монолог. Последовал довольно вялый спор - Урпин говорил, что «мы всё хорошо измеряем, у нас есть сер-тификаты, благодарные отзывы» и т.д. Я в ответ предложил ему получить сертификат от РАН - тогда компании откроется дорога в систему ЖКХ, которая сегодня не берёт «вихревые генерато-ры», требуя объяснения, откуда появляется избыточная энергия. Да, согласился Урпин, они с удовольствием пригласят комиссию РАН. Я не к месту сказал, что если подтвердится избыточная энергия, то им обеспечена нобелевская премия - миллион долла-ров. Нет, ответил Урпин, нам это не надо. «Почему?» - «Да день-ги маленькие, мы сами много больше заработаем». После этого я сказал, что при столь большой эффективности естественно всё же сделать замкнутую систему, отказаться от внешней электри-ческой сети, и тогда вообще отпадет потребность в газе и нефти. Но эта мысль совершенно не порадовала представителей «Тепла XXI века» - нет, они не претендуют на вытеснение своей установ-кой нефтегазовой промышленности!
Режиссер съёмки обратился к инженеру по эксплуатации демонстрируемой установки и спросил, какой, по его измерениям, у неё КПД. Тот угрюмо ответил, что у него таких данных нет, он измерениями не занимается. На обратном пути оператор съёмки между делом рассказал, что он разговаривал с одним покупателем «вихревого генератора» где-то в глубинке и спросил, дей-ствительно ли он экономит энергию. Тот ответил, что для него не стоял вопрос, какую систему обогрева ставить - губернатор велел покупать «вихревой генератор» и баста. А до того, во время «диспута», я получил от Урпина вопрос, как объяснить тот факт, что потребители шлют благодарные отзывы и пишут об экономии энергии, если, как я полагаю, экономии нет. Я ответил, что снаб-женец, который купил такое устройство, никогда не признается, что свалял дурака - его с работы уволят!
Несмотря на наши полярные взгляды на «вихревые генераторы», мы с К.В. Урпиным расстались мирно и договорились о продолжении диалога. Диалог свёлся к обмену письмами, которых за два месяца набралось более двух десятков.
Осваивая полученное новое знание, я обратился к благодарным отзывам потребителей продукции «Тепла XXI века» на сайте http://www.ecoteplo.ru. Их изучение показало, что лишь в одном отзыве содержались сведения об измерениях эффективности теплогенератора, допускавшие хоть какой-то анализ. А именно, белорусский «Волковысский завод кровельных и строительно-от-делочных машин» прислал официальный «Протокол испытаний работоспособности тепловой установки (вихревого теплогенера-тора ТС-1) и определение коэффициента преобразования элек-трической энергии в тепловую». Протокол содержал приложение с довольно подробным описанием измерительных процедур и таблицами полученных результатов. Тем не менее, анализ этих данных оказался делом непростым, поскольку в них встречались противоречия и пробелы*.
Испытания были разделены на два этапа. В первом участво-вала только вода в расширительном баке, которая принудительно прогонялась через «активатор» дополнительным циркуляцион-ным насосом. Измерялась её начальная и конечная температура и количество потраченной электроэнергии. За 28 минут произошёл нагрев 400 литров воды от 10 °С до 84 °С. Замерен расход электро-энергии - 36 кВт · ч. Эти данные позволяют вычислить коэффици-ент преобразования, который оказывается равным 0,96.
Далее цитирую свой отзыв, высланный авторам протокола: «При этом не учитывались потери тепла на нагрев воздуха в помещении. Однако эти потери по оценке, использующей схему и данные составителей протокола, составляют менее 400 ккал, т.е. чуть более 1% от полного количества тепла, переданного воде.
* В этом анализе мне помогал мой давний коллега Ю.Н. Толпаров.
Не учтена и теплоёмкость оборудования, но и она также заведомо пренебрежима по сравнению с теплоёмкостью 400 литров воды. Следует заметить, что, с другой стороны, не учтена электриче-ская мощность циркуляционного насоса, которая также целиком переходила в нагрев воды. (Учёт этой мощности, не указанной в отчёте, должен был привести к снижению коэффициента преобра-зования.) Поэтому в целом полученный результат представляется верным в пределах точности порядка нескольких процентов. Этот результат (K < 1) полностью соответствует обычным пред-ставлениям об эффективности перевода электрической энергии в тепло и не обнаруживает никаких аномалий».
На втором этапе испытаний к теплогенератору подключался рабочий контур теплоснабжения со значительным увеличением полного объема циркулирующей воды. При этом включался до-полнительный циркуляционный насос и производились замеры расхода воды и перепада температуры на входе и выходе «акти-ватора». Измерения производились в нестационарных условиях. Авторы протокола пришли в выводу, что на втором этапе установ-ка продемонстрировала коэффициент преобразования К = 1.48. Анализ данных, относящихся к этому этапу, обнаружил недопу-стимо низкую точность измерений. Например, измерение рас-хода воды проводилось с точностью до 100 литров, а произво-дительность циркуляционного насоса на протяжении 15 минут почему-то изменилась в 1.4 раза. Перечень претензий к процедуре проделанных измерений, заключение об их некорректности и предложение прокомментировать его и заполнить пробелы отчета были направлены авторам протокола ещё в конце января 2009 г. Ответа не последовало.
Поиск публикаций показал, что тема «вихревых генераторов» совсем не отражена в академических научных журналах, хотя ча-стенько всплывала в СМИ и даже в периферийных отраслевых технических журналах. В.К. Урпин прислал мне статью одного из директоров группы «Тепло XXI века» С.В. Козлова под назва-нием «Может ли КПД “вихревого теплогенератора” быть больше единицы?», опубликованную “в порядке обсуждения” журналом “Энергетика в Сибири”» [2]. Статья имеет элегантный эпиграф - «Мы все учились понемногу, чему-нибудь и как-нибудь…», кото-рый хорошо согласуется с её довольно необычным содержанием. Первая треть статьи посвящена «ликбезу» в области термодина-мики и освежает знания читателя о цикле Карно, о КПД тепловой машины и, главным образом, о принципе действия тепловых на-сосов - обращённых тепловых машин (или, попросту говоря, хо-лодильников), позволяющих переносить тепло от холодного тела к более горячему за счёт потраченной работы. Эффективность теплового насоса характеризуется коэффициентом КТЭ, который равен отношению количества перенесенного тепла к затраченной работе. КТЭ идеального теплового насоса всегда больше 1 (как величина, обратная КПД) и может неограниченно нарастать по мере снижения разности температур между охлаждаемым и обо-греваемым объёмом.
Всё это давно и хорошо известно, но не имеет никакого отно-шения к теме статьи, поскольку «вихревые генераторы» не имеют ничего общего с тепловыми насосами, кроме лукавого второго названия «тепловые гидродинамические насосы» (ТГН). Несо-мненно, это понимает и автор, поскольку после дидактических демонстраций схемы реального теплового насоса он переходит к описанию вихревого генератора, никак не пытаясь связать эти два устройства. Замечу, что название ТГН автор использует в качест-ве обобщающего, потому что механически нагревать воду мож-но разными способами (цитирую) - «Воздействовать на жидкий теплоноситель можно с помощью разных устройств: насоса типа “улитка” и “вихревой трубы”, дисков, турбин и т.д.».
Далее в статье приводятся весьма сомнительные рекоменда-ции по испытанию ТГН с путаными деталями, которые я раскри-тиковал в письме к Урпину. С.В. Козлов сурово выговорил мне за это: «В статье четко говорится, что приведенная методика приме-няется только для определения работоспособности теплового гид-родинамического насоса, а не для определения КПЭ. Общеприня-той методики определения КПЭ до настоящего времени нет, но мы заинтересованы в её создании. Это и сказано в статье». Яснее не скажешь. Тем самым, разработчики ТГН вообще не несут от-ветственности за заявленные ими заведомо невозможные цифры энергетической эффективности.
Завершает эту примечательную статью внезапная патетическая филиппика против «современных инквизиторов, пригревшихся в комиссиях по лженауке».
К статье подвёрстаны одобрительные отзывы. Один из них, подписанный ныне покойным адептом так называемых «торси-онных технологий» Е.А. Акимовым, содержит весьма характер-ное признание: «К сожалению, в подавляющем большинстве случаев экспериментальные установки с КПД > 100% неза-висимую экспертизу не проходили, хотя по документам изоб-
ретателей они имеют КПД 200%, а то и больше. При строгой метрологии часто оказывается, что такие установки имеют в действительности КПД < 100%».
Это похоже на призыв к «комиссиям по лженауке» жить мирно: дескать, с энергией всякое бывает - иной раз сохраняется, а иной раз и нет!
Говоря о профессиональных публикациях на эту тему, следует упомянуть статью [3], авторы которой, видимо, стоят у истоков техники гидродинамического нагревания жидкостей. В статье весьма скрупулёзно рассмотрен теоретический аспект вопроса об энергетической эффективности таких устройств и прогнозируется КПД около 80%. В публикациях С.В. Геллера детально описана существенно отличная конструкция вихревого генератора под названием «аппарат БРАВО» - «гидродинамический аппарат для отопления, горячего водоснабжения, а также безопасного нагре-ва технологических жидкостей». Статья [4] Геллера посвящена измерениям тепловой эффективности этих аппаратов. Автор ста-вит под сомнение «заявления продавцов вихревых теплогенера-торов о коэффициентах преобразования, превышающих 100%», и детально описывает свою методику измерения эффективности таких устройств. В статье приводятся примеры измерений эффек-тивности аппарата «БРАВО», результаты которых обнаруживают разброс КПД в пределах 75.6-87.2%, что, по утверждению автора, коррелирует с коэффициентом полезного действия двигателя, вра-щающего «активатор». Автор отмечает, что КПД преобразования электрической энергии в тепловую может быть в пределе доведен до 100% при использовании электроагрегата, погруженного в тер-моизолированный бойлер. На сайте http://www.bravotech.ru в отношении этих аппаратов отмечено, в частности, что «тепло в аппарате может генерироваться с использованием энергии гидравлических и пневматических магистралей (сетей), без использования электродвигателя для привода насоса».
Едва ли следует связывать прозаическое значение КПД < 1 с частной неудачей конструкции аппарата «БРАВО». Имеются и другие примеры корректно выполненных измерений энергетиче-ской эффективности вихревых генераторов иных конструкций, приводивших к такому же результату. Например, сайт РосТеп-ло.ru поместил детальный отчёт [5] измерений эффективности вихревого теплогенератора ТПМ-5,5-1, изготовленного по ли-цензии кишинёвской фирмы «Юсмар» того самого «молдавского академика» Ю.С. Потапова, который рекламировал волшебные
«квантовые теплоэлектростанции». Отчёт составлен группой со-трудников НАН Украины, сделавших вывод, что «Коэффициент преобразования энергии испытанного теплогенератора не пре-вышает единицы для всех исследованных режимов».
Закончу этот вынужденно краткий обзор публикаций, по-свящённых вихревым генераторам, концептуальной статьёй [6], отличающейся к тому же обширной библиографией - 67 ссылок. Автор выносит в заголовок вопрос: «Могут ли гидродинамиче-ские теплогенераторы работать сверхэффективно?», подразумевая под этим возможность производства большего количества тепла, чем затрачено механической работы. Анализируя всевозможные схемы подобных генераторов, автор приходит к отрицательному ответу на поставленный вопрос и одновременно предлагает убе-дительное объяснение иллюзии производства избыточного тепла, возникающей как следствие некорректного измерения. В основе объяснения лежит идея об уменьшении теплоёмкости воды, на-сыщенной микроскопическими кавитационными пузырями. Это приводит к аномальному (обратимому) разогреву вспененной воды на выходе активатора и к завышению оценки тепловой энергии. Похоже, однако, что чаще ошибки замера произведенного тепла связаны с тривиальной неоднородностью температуры в буфер-ном объёме или даже в сечении потока воды.
Что касается нашей интенсивной переписки с В.К. Урпиным, то она внезапно прервалась в конце февраля 2009 после того, как я послал ему (по его запросу) свой план проведения контрольных измерений. Не получив никакого ответа, я через полгода снова побеспокоил своего респондента, и он ответил, что мой план его не устраивает. Дело, по его мнению, обстоит не так просто, как я себе представляю, да и вообще компания «Тепло XXI века» в свя-зи с экономическим кризисом закрывает свою опытную станцию и не может сейчас отвлекаться на исследования.
* * *
В статье [2] С.В. Козлов так формулирует своё кредо: «Никто не утверждает, что тепловые гидродинамические насосы отверга-ют закон сохранения энергии или законы термодинамики, просто в настоящий момент нельзя однозначно объяснить, за счет чего выделяется дополнительная энергия». Что ж, позиция вполне за-конная. Дело за малым: доказать, что дополнительная энергия вы-деляется! За прошедший год моего пристального знакомства с этой темой кроме голословных заявлений я не обнаружил
ни одного реального свидетельства выделения избыточной энергии. Не обнаружили таких свидетельств и мои многочислен-ные предшественники - профессиональные теплотехники, ре-зультаты анализов которых я обнаружил в Интернете. Сошлюсь на заключение [7] четырёхлетней давности - редакции сайта http://www.thermonews.ru, которая без всякой «политкорректности» называет ложью сообщения о КПД вихревых генераторов, пре-вышающих единицу. Процитирую под конец печальную заклю-чительную фразу из этой статьи: «Неужели ликбез про вечный двигатель и бесплатный сыр будет длиться бесконечно?»
Литература
Александров Е.Б. Дезинформационно-спиновые волны // Известия. 2003. №37-М.
Козлов С.В. Может ли КПД «вихревого теплогенератора» быть больше единицы? // Энергетика Сибири. 2007. № 1(12). С. 8-12.
Хозяев И.А., Ашуралиев Э.С. Гидродинамический нагреватель жидко-стей // Вестник ДГТУ. 2001. Т. 1, № 4(10). С. 11-18.
Геллер С.В. Гидродинамические генераторы. Аспект эффективности // Экология и промышленность России, октябрь 2008. С. 1-4.
Халатов А.А., Коваленко А.С., Шевцов С.В. Результаты испытаний вихревого теплогенератора ТПМ 5.5-1: Доклад на научно-техниче-ской конференции «Аномальные физические явления в энергетике и перспективы создания нетрадиционных источников энергии», 15-16 июня 2005, г. Харьков, Украина. http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=1937
Фурмаков Е.Ф. Могут ли гидродинамические теплогенераторы рабо-тать сверхэффективно?: Доклад на международном конгрессе «Фун-даментальные проблемы естествознания и техники 2008», 4-9 ав-густа 2008. СПб. Россия. http://www.shaping.ru/congress/download/cong04(012).doс
«Лохотрон must go on”, 2005, http://www.thermonews.ru/news/news.jsp?id_theme=off&id=6649