Физика и магия вакуума. Древнее знание прошлых цивилизаций.

     Расчеты показали, что самым лучшим рабочим телом для ГРАЭС являются жидкие металлы, а из них наилучшие характеристики показывают металлы щелочной группы и их эвтектики. Это обусловлено тем, что перепад температур между конденсируемым паром и испаряемой жидкостью обычно не велик (несколько десятых долей градуса), поэтому для создания больших тепловых потоков через стенку теплообменника и больших расходов рабочего тела нужно использовать вещества с высоким коэффициентом теплоотдачи при испарении и конденсации. Этому условию удовлетворяют только жидкие металлы. Например использование воды в качестве рабочего тела ГРАЭС ведет к уменьшению выработки электроэнергии а несколько тысяч раз по сравнению с жидкими металлами. Поэтому вода оказывается экономически неприемлемой, хотя технически возможной. Использование аммиака еще сильнее снижает выработку электроэнергии.

     Ртуть в качестве рабочего тела ГРАЭС характеризуется несколькими недостатками. Во-первых, пары ртути чрезвычайно ядовиты и при случайной разгерметизации контура вытекшая ртуть может сильно загрязнить окружающую местность, сделав ее непригодной для проживания. Во-вторых, при температурах испарения коррозионная активность ртути настолько высока, что она растворяет в себе многие конструкционные металлы. С этой проблемой однажды столкнулись американцы, когда изготовили ядерный реактор с ртутным теплоносителем в проекте своих звездных войн: ртуть за две недели „съела“ всю внутреннюю начинку реактора. И в-третьих, использование ртути ведет к уменьшению выработки электроэнергии в несколько раз по сравнению с щелочными металлами.

     Что касается фреона, то у этого соединения имеется очень большое достоинство для использования в ГРАЭС: малая теплота фазового перехода. Чем меньше теплота испарения и конденсации, тем больше расход рабочего тела для передачи того же самого тепла через стенку теплообменника. И тем больше выработка электроэнергии. Однако, фреон имеет два крупных недостатка, препятствуюшие его использованию в качестве рабочего тела ГРАЭС на современном этапе.

     Во-первых, фреон имеет низкую теплопроводность жидкой фазы. Для стороны испарения это не очень существенно, т. к. испарение происходит из капиллярной структуры, и высокая теплопроводность материала структуры в заметной степени нивелирует низкую теплопроводность используемой жидкости. Но для стороны конденсации это играет очень важную роль: тепловое сопротивление пленки конденсата оказывается настолько высоким, что тепловой поток через стенку теплообменника и расход жидкости падают в сотни раз. Этот недостаток фреона можно обойти, если использовать капельную конденсацию вместо пленочной. Тогда жидкий фреон уже не может смачивать поверхность конденсации, а будет стягиваться на ней в отдельные крупные капли, оставляя поверхность свободной. В этом случае теплоотдача растет в миллионы раз. Но чтобы организовать капельную конденсацию, необходимо покрыть поверхность теплоотдачи специальной фреоноотталкивающей пленкой (подобно водоотталкивающей краске, которой покрывают металл для устранения водной коррозии). Однако, таких вещество сегодня нет, их еще предстоит создать.

     Во-вторых, температура насыщения рабочей жидкости при давлении в одну атмосферу должна быть не меньше 60-70С. Если она будет меньше, возникнут проблемы с отводом тепла из верхнего отсека в летние месяцы. А увеличить давление рабочего тела и тем самым поднять температуру насыщения невозможно, т. к. это может привести к разрыву отсека. Таких фреонов с температурой насыщения не менее 60-700С при атмосферном давлении пока нет, их тоже предстоит еще создать. В принципе, создание новой разновидности фреона с заданными свойствами не должно быть сложной проблемой, ибо известен главный принцип достижения нужного результата: следует увеличивать молекулярную массу фреона, вводя в состав молекулы новые атомы углерода, водорода и кислорода, и это приведет к росту температуры насыщения. Одновременно будут расти плотности жидкой и паровой фаз, что также не маловажно. Увеличение плотности жидкости увеличивает гидростатическое давление в опускном канале и выработку электроэнергии. А увеличение плотности пара снижает энергозатраты компрессора при одинаковом расходе рабочего тела по контуру.

     Окончательно в качестве рабочего тела ГРАЭС была выбрана эвтектика Na+K с температурой плавления 2620К (-110С) и температурой испарения 10570К (7840С).