Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2008 № 06

— Ой, что стар, что млад… А еще главный советник президента Академии наук… Не надумали обратно к нам в Центр?

— Нет, внучек, мне здесь хорошо. Деревья, бабочки, травка… А связь мы с тобой и так держим. Если что — всегда обращайся.

— Да, да, помню, — засмеялся папа Элли. — Я дочке так и говорю: «Спроси у робота — он все знает!»

Художник Ю. САРАФАНОВ

ПАТЕНТНОЕ БЮРО

В этом номере мы расскажем об очень теплом доме А.Смирнова из Новокузнецка, о проекте самолета-аэростата Виталия Филиппова из села Бичура Республики Бурятия и о «бессетевой» настольной лампе Николая Кузнецова из Владимира.

У НАС БОГАТЕЙШАЯ СТРАНА…

… всего много, но климат таков, что расход энергии на отопление самый большой в мире.

В прошлом люди расходовали дров гораздо меньше, а способ отопления у них был в теплотехническом отношении более совершенным. Отапливались «по-черному». Очаг находился внутри дома, и все его тепло попадало в помещение, а дым выходил через отверстие в потолке.

Почти все тепло очага шло на нагревание воздуха в помещении, но в воздух попадали и все вредные вещества, образующиеся при сгорании, и выгорал кислород. Крайняя вредность такого отопления для человека была очевидна еще в древние времена. Однако замена ее системой, при которой воздух в помещении оставался бы столь же чистым, как и на улице, требовала непомерно больших затрат.

Впервые это удалось сделать в древнеримских банях для богатых людей, которые с расходами не считались. Вот как эти бани отапливались.

В подвале здания, похожего на дворец, размещался очаг, а его дым, проходя через систему ходов, подогревал полы и стены, а затем через отверстие в крыше уходил наружу. Расход топлива римлян не беспокоил, главное, воздух в помещении был чист и свеж.

Некоторые историки полагают, что эта схема послужила прототипом для создания комнатных печей. Печи оставляли воздух в комнате совершенно чистым, но по сравнению с отоплением по-черному расход топлива резко возрастал. Однако с этим люди охотно примирились.

Многие изобретатели пытались сделать печь экономичнее. Работе этой не видно конца. Приходится решать множество противоречивых задач. Печь должна занимать мало места, но от этого уменьшается площадь ее поверхности, а это затрудняет отдачу тепла в комнату. Очень трудно сделать так, чтобы печь накапливала тепло и длительно отдавала его после того, как топливо уже прогорело.

А. Смирнов из Новокузнецка (свое имя автор не назвал) нашел крайне остроумное, можно сказать, революционное решение вопроса. Прежде всего, он предлагает отказаться от традиционной формы жилья и заменить ее близкой к полусферической. Уже одно это за счет уменьшения площади внешней поверхности дома должно уменьшить охлаждение наружных стен и отдачу их тепла в окружающую среду.

Но автор идет дальше. Если обычно мы ставим печь в доме, то юный изобретатель как бы поместил дом внутри печи!

Стены дома А. Смирнова двойные. Между ними устроен лабиринт, по которому должны проходить продукты сгорания топлива и выходить наружу через отверстие в крыше. При этом наружные стены сделаны из теплоизоляционного материала да к тому же покрыты изнутри отражающей тепловое излучение алюминиевой фольгой, поэтому потери тепла через них невелики.

Внутренние стены, напротив, сделаны из материала, хорошо проводящего тепло. На них устроены ребра, образующие лабиринт для продуктов сгорания. Площадь поверхности внутренних стен в десятки раз превышает площадь поверхности обычной печи. Поэтому продукты сгорания передадут жилому помещению все свое тепло и практически холодными покинут дымовую трубу.

При температуре сгорания топлива 1000–1500 °C с ними выйдет наружу не более 10 % энергии, что в 3–4 раза ниже, чем при обычном печном отоплении. Таким образом, А. Смирнов предложил принципиально новый вид жилья и способ его экономичного отопления, пригодный для зон с холодным климатом.

Есть у этого дома и еще одна замечательная особенность, которую автор, видимо, не подметил. Во многих регионах России летняя жара мешает жить не меньше, чем зимняя стужа. Но летом дом А. Смирнова превращается в своеобразный термос с двойными стенками. Легкий поток воздуха между ними за счет конвекции унесет тепло раскаленной солнцем наружной поверхности, а внутренняя останется прохладной. Таким образом, в доме Смирнова зимой будет тепло, а летом прохладно.

Все эти достоинства дают Экспертному совету ПБ основания отметить предложение А. Смирнов авторским свидетельством. А вас, читатели, попросим усовершенствовать идею изобретателя.

Дело в том, что он не предусмотрел в доме окна. Конечно, их можно прорезать, но оконные рамы нарушат теплообмен продуктов сгорания между стенами. Попробуйте найти более совершенное, быть может необычное, решение этого вопроса! Ждем ваших писем.

САМОЛЕТ-АЭРОСТАТ…

…не нуждающийся ни в пропеллерах, ни в реактивных двигателях, предложил Виталий Филиппов из села Бичура, что в Республике Бурятия. На крыльях самолета размещены эластичные баллоны, наполняемые водородом. Могут наполняться водородом и сами крылья, на поверхности которых размещены солнечные батареи. Запас водорода находится под большим давлением в отдельном жестком баллоне на борту самолета.

На старте газом из жесткого баллона наполняют все эластичные емкости самолета и емкости крыла, и самолет взлетает. На некоторой высоте водород быстро перекачивают назад, в жесткий баллон, самолет начинает пологий планирующий полет и снижается почти до земли.

Здесь его баллоны вновь наполняются водородом, и все повторяется. Энергию, необходимую для сжатия водорода, самолет получает от аккумуляторов, заряжаемых солнечными батареями. Автор надеется, что его самолет сможет месяцами летать без посадки. А неизбежную в таких случаях потерю водорода можно будет пополнять электролитическим разложением воды облаков.

Все идеи, заложенные в конструкцию самолета, не противоречат законам природы. Но посмотрим, в какой мере проект Виталия реален технически. Судя по рисунку, автор неправильно представляет соотношение размеров крыльев самолета и тех эластичных емкостей, которые должны поднимать его в воздух.

Подъемная сила водорода по существу ничтожна. С учетом веса баллона она не превышает 1,1 кг на каждый кубический метр (у других газов она еще меньше). Поэтому для поддержания в воздухе даже небольшого самолета нужны эластичные полости значительного объема. Самолет-аэростат Виталия Филиппова при строгом техническом подходе превращается в пузатый дирижабль с небольшими крылышками.

Размах крыльев обычного самолета весом около тонны составляет 16 метров, длина — 12 метров.

Так реально мог бы выглядеть самолет-аэростат Виталия Филиппова.

Далее, по замыслу Виталия, в процессе полета необходимо перекачивать водород из больших эластичных баллонов в маленький жесткий баллон, где он будет храниться под большим давлением. Стоит сказать, что такой способ изменения подъемной силы аэростата известен давно. Еще в 1920-е годы над ним работал известный конструктор американских дирижаблей Чарлз Д. Берджес.

В то время получалось, что подъемная сила водорода, заключенного в стальной баллон при давлении 150 атм, составит лишь 10–12 % от веса самого баллона. Авторитет Берждеса был велик, и на идее поставили крест.

Сейчас уже есть прочные материалы, из которых делаются очень легкие баллоны. Подъемная сила водорода, находящегося в таком баллоне, составляет уже 80 % от его веса. А на очереди новые, в десятки раз более прочные материалы, а значит, есть надежда, что такой способ регулирования подъемной силы аэростата станет реален. Учитывая это, Экспертный совет принял решение удостоить Виталия Филиппова авторского свидетельства Патентного бюро.

АБАЖУР НАСТОЛЬНОЙ ЛАМПЫ…

…днем сильно нагревается, когда на него падают лучи солнца, заметил Николай Кузнецов из Владимира и подсчитал, что энергии солнечных лучей, падающих на абажур, было бы достаточно для того, чтобы лампа горела всю ночь. А потому Николай предлагает разместить на абажуре лампы фотоэлементы, которые будут заряжать аккумуляторы, расположенные в ее подставке.

Формально расчеты Николая верны. В яркий солнечный день на поверхность площадью в 1 м2 падает излучение мощностью 1000 Вт. Таким образом, абажур диаметром 30 см за день может получить около 700 ватт-часов солнечной энергии.