Бесплатная техническая библиотека

Как обойтись без фреона. Детская научная лаборатория

Справочник / Детская научная лаборатория

 Комментарии к статье

Знаете, что такое фреон? Уверены, прочитав этот вопрос, вы первым делом вспомните про холодильники. А если покопаетесь в памяти, то вспомните и про озоновые дыры. Связь между ними непосредственная: чем больше фреона улетучивается из неисправных агрегатов, тем больше угроза озоновому слою планеты. Но, к сожалению, полностью исключить фреон из употребления пока невозможно. Ведь на земле холодильников более миллиарда... Тем не менее злополучному веществу спешно ищут замену - газ, который мог бы выполнять роль хладоагента.

Между тем давно известны холодильные машины, использующие самое безвредное и дешевое вещество, - воздух. Почему же они забыты?

Холодильная машина Джоуля

Оказывается, не все так просто. Вспомним: при сжатии газ нагревается, а при расширении - охлаждается. Этих двух фактов достаточно, чтобы понять, как устроена холодильная машина, работающая по способу, предложенному еще Джоулем. На рисунке показана одна из многих таких конструкций. Посмотрите - на одном кривошипе "посажены" два цилиндра. Левый, компрессорный, сжимает воздух, правый, расширительный, от сжатого воздуха работает (такие детали, как клапаны и золотники, мы не показали).

Итак, порция воздуха сжата в левом цилиндре. При этом произошло увеличение ее внутренней энергии - выросли температура и давление. Но для того, чтобы получить холод, то есть температуру ниже, чем у окружающей среды, внутреннюю энергию у воздуха надо забрать. Делают это в два приема. Вначале посылают воздух в теплообменник. (В данной конструкции это трубка, обдуваемая вентилятором.) Здесь воздух остывает до температуры, близкой к температуре окружающей среды. Давление его, заметим, при этом не меняется. Далее порция воздуха попадает в расширительный цилиндр, где совершает физическую работу и охлаждается до температуры ниже, чем у окружающей среды. Холодный воздух при следующем ходе поршня выталкивается в холодильную камеру. Ясно, что за счет работы, совершающейся при расширении воздуха, часть энергии, затраченной на его сжатие, возвращается и машина в целом становится более экономичной.

Казалось бы, все прекрасно. Однако воздушно-холодильные машины, работающие по такому принципу, выгоднее всего применять для получения температур ниже -90 °С. В домашних холодильниках такие температуры не нужны. Между тем, как показывает практика, при получении умеренного холода расширительный цилиндр возвращает лишь незначительную часть энергии, затраченной на сжатие воздуха. Так, может, вообще отказаться от его применения? Если пойти на это, холодильная машина предельно упрощается, превращаясь в устройство, не содержащее движущихся частей.

Вот один из вариантов - так называемая вихревая труба, сконструированная в 1931 году Ж. Ранком. Устроена она достаточно просто. Воздух закачивается слева (см. схему), и в образующемся вихре начинаются "чудеса". Его внешняя часть, нагреваясь, движется вправо и, встретившись с конической вставкой, выходит наружу. Но выходит не вся. Примерно третья часть воздуха поворачивает обратно (течение идет в два слоя) и, все более охлаждаясь, попадает в левый патрубок для холодного воздуха. Снижение температуры может достигать порядка 85 градусов!

Вихревая труба Ранка

Выход вроде бы найден, но, к сожалению, расход энергии у вихревых труб недопустимо велик. Поэтому они находят применение лишь там, где важнее всего малый вес и надежность, а сжатый воздух в изобилии, как, например, в авиации.

Более совершенны пульсационные трубы. Вот как работает устройство, предложенное в 1962 году специалистом в области низких температур Гиффордом. Представьте трубу с двумя кранами. В ее глухом конце - теплообменник. В нашем случае (см. рис.) это змеевик, по которому протекает вода. Если на мгновение открыть верхний кран, то в трубу войдет порция воздуха и начнет расширяться со сверхзвуковой скоростью. Явление это, известное под названием "ударной волны", обычно представляло интерес лишь для создателей ракетно-космической техники, но, как видите, неожиданно нашло более прозаическое применение. Так вот, ударная волна, распространяясь в трубе, сжимает находящийся перед ней воздух. От сжатия он нагревается и отдает избыток тепла воде. Если открыть второй кран, остывший воздух начнет расширяться, и температура его сильно понизится. Такова схема процесса.

Схема ударно-волнового холодильного устройства Гиффорда

В простейших устройствах типа описанной трубы возникало множество побочных явлений, делавших работу неэкономичной. Но, похоже, выход найден. Московская фирма "Новид-Экохолод" в результате более чем десятилетних исследований, проводившихся под руководством к.т.н. Б. Г. Кузнецова, довела пульсационную трубу до весьма высокого совершенства. В современном исполнении - это труба переменного сечения, все размеры и пропорции которой полностью соответствуют наилучшему протеканию процесса охлаждения. Умение их правильно найти - главный секрет фирмы. Не менее важен и вращающийся золотник - один из компонентов системы, который наилучшим образом управляет процессами.

Воздушные холодильники фирмы "Новид-Экохолод" способны выдавать струю охлажденного воздуха с температурой -60 °С и ниже. С ее помощью особенно удобно быстро замораживать продукты на движущемся конвейере.

Быстрота в данном случае не просто удобство. Здесь появляется и некое новое качество. Биологи давно заметили, что при очень быстром охлаждении живые ткани не разрушаются. Мелкие ящерицы, например, после этого могут ожить даже несколько лет спустя, а совсем уж крохотные рачки, подвергшиеся такой процедуре в природных условиях, умудряются очнуться после... тысячелетнего сна! Поэтому неудивительно, что продукты, подвергнутые быстрой заморозке, на столе выглядят свежайшими! Фирма "Новид-Экохолод" без особого труда получает от своих холодильников даже минус 120 °С. Результат получается любопытный.

Мясные туши, например, могут запросто храниться в необорудованном вагоне до семи суток, а если снабдить вагон самой простой теплоизоляцией, то и все десять.

Есть и еще достоинства. Все наверняка видели, как вдоль стен холодильной камеры обычного склада или магазина тянутся десятки метров обледенелых металлических труб, по которым циркулирует фреон. В воздушной холодильной машине такого нет. Да и по размерам она невелика. Доставить и установить ее можно практически куда угодно. Струю холодного воздуха из машины можно направить в любое место. Например, на рисунке показан надувной склад для скоропортящихся овощей, раскинутый прямо в поле. Польза от такой установки становится особенно очевидна, если учесть, что при обильном урожае именно в поле часто гибнет до 80% продукции. Учитывая огромный спрос на такое оборудование, фирма уже построила несколько установок для быстрого замораживания рыбы на рыболовецких судах. Кстати, из-за отсутствия подобных установок в нашей стране сейчас теряется до 50% выловленной рыбы!

Холодильную установку фирмы "Новид-Экохолод" можно развернуть в самом необычном месте

Теперь несколько слов об экономичности воздушных холодильных машин применительно для пищевой промышленности. Будущему владельцу магазина или фермеру полезно уяснить разницу между парадными цифрами, которые обычно приводятся в характеристиках фреоновых холодильников, и тем, что получается на практике. Все дело в том, что испытываются они обычно с чистыми трубами, еще не успевшими покрыться корочкой льда. При этих условиях за первые часы работы фреоновые холодильники и "доказывают" свою исключительную экономичность. Однако затем трубы покрываются инеем, льдом. За месяц работы холодильной камеры, заполненной товаром, толщина "шубы" возрастает настолько, что расход энергии увеличивается в 1,5-2 раза.

В воздушных холодильниках таких труб нет, нет и подобных проблем. Поэтому при длительном хранении воздушные холодильники не имеют по экономичности себе равных.

Автор: А.Варгин

 Рекомендуем интересные статьи раздела Детская научная лаборатория:

▪ Ракетодром

▪ Немного солнца в ведре воды

▪ Перископ для кругового обзора

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ощущение текстуры через экран гаджета 27.11.2025

Гаджеты научились передавать изображение и звук с впечатляющей реалистичностью, но тактильные ощущения по-прежнему остаются недоступными для полноценной цифровой симуляции. Именно поэтому инженеры и исследователи во всем мире стремятся создать технологии, которые позволят "почувствовать" виртуальный объект так же естественно, как и настоящий. Новая разработка специалистов Северо-Западного университета США стала одним из самых заметных шагов в этом направлении. Возглавлявшая исследование аспирантка Сильвия Тан (Sylvia Tan) подчеркивает, что прикосновение остается последним фундаментальным чувственным каналом, для которого пока нет зрелого цифрового аналога. По ее словам, если визуальные и звуковые интерфейсы давно обеспечивают высокую степень реалистичности, то осязание лишь начинает приближаться к этому уровню. В недавней публикации в журнале Science Advances Тан отмечает, что новая технология способна изменить само представление о взаимодействии человека с устройствами. Разработ ...>>

AirPods Pro с инфракрасными камерами 27.11.2025

Apple традиционно играет роль новатора, поэтому ожидания от следующего поколения AirPods Pro особенно высоки. Новая модель, над которой компания уже активно работает, должна не просто улучшить звук, но и расширить способы взаимодействия человека с цифровой средой. Одним из наиболее заметных нововведений станет появление чипа Apple H3. Сегодняшние AirPods Pro используют поколение H2, обеспечивающее высокую скорость обработки звука, однако переход к H3 обещает еще более точное шумоподавление и сокращение задержки при беспроводной передаче аудио. По данным источников, новая архитектура улучшит энергоэффективность, а также позволит чипу глубже интегрироваться с устройствами экосистемы Apple. Особенно это касается гарнитуры Vision Pro, которая получит более синхронную работу с будущими наушниками. Не менее интригующей выглядит вторая инновация - миниатюрные инфракрасные камеры, встроенные непосредственно в корпус AirPods. Специалисты предполагают, что эти сенсоры смогут фиксировать дв ...>>

ИИ нужно воспринимать как пользователя 26.11.2025

Искусственный интеллект постепенно перестает быть скрытым компонентом программных решений и выходит на передний план. Сегодня алгоритмы не просто помогают обрабатывать данные, но и активно участвуют в рабочих процессах, принимают решения, взаимодействуют с корпоративными сервисами и получают доступ к критически важной инфраструктуре. Такое расширение их возможностей заставляет специалистов по безопасности переосмыслить, что именно означает присутствие ИИ в цифровой среде. Президент по продуктам и технологиям Okta Рик Смит подчеркивает, что воспринимать ИИ исключительно как технологическую надстройку уже невозможно. По его словам, компании обязаны учитывать, что искусственные агенты становятся участниками процессов наравне с живыми сотрудниками, а значит, требуют аналогичных мер защиты. Он формулирует это предельно прямо: "Мы должны защищать клиентов не только от людей, но и от ИИ-агентов - относиться к ним как к пользователям". Однако многие организации продолжают рассматривать И ...>>

Случайная новость из Архива Водородные генераторы Rolls-Royce 29.01.2023 Компания Rolls-Royce готовится презентовать экологически безопасные электрогенераторы, работающие на чистом водороде. Как сообщает DataCenter Dynamics, с 2024 года планируется поставка моделей мощностью 1 МВт, созданных на основе метановых генераторов, уже выпускаемых под брендом mtu. Rolls-Royce также разрабатывает топливные элементы для дата-центров. В перспективе предполагается использование только "зеленого" водорода, получаемого с помощью электролиза из воды за счет энергии солнечных элементов и ветряных электростанций. Известно, что речь пока идет об искусственном товаре - два генератора будут доставлены в январе 2024 года в Германию. Это доработка уже существующей модели, работающей на метане - mtu Series 4000 L64. Новый вариант предназначен для использования с чистым водородом. Важно, что метан и водород обладают большой разницей в физико-химических свойствах, поэтому для создания действительно надежного водородного генератора Rolls-Royce пришлось серьезно поработать. Ожидается, что от тестовой эксплуатации к "серьезному" применению компания перейдет в 2026 году, тогда новые решения станут доступны широкому кругу клиентов. Газовые системы, уже имеющиеся в эксплуатации, пока не могут работать на чистом водороде, поэтому требовалась глубокая переработка технологий. Так, Rolls-Royce изменила систему впрыска топлива, систему управления поршнями и т.д. Акцент в тестах делался на стабильности работы и снижении вредных выбросов - доказано, что Rolls-Royce уже может использовать многие выпускаемые для генераторов mtu комплектующие, причем новые тестовые версии двигателей для генераторов с запасом отвечают строгим требованиям ЕС, а обработка выхлопов просто не нужна.

Другие интересные новости:

▪ 4K монитор Samsung Odyssey Ark

▪ DC/DC-преобразователи Traco TEC 2(WI) и TEC 3(WI)

▪ Гибкие дисплеи сделают смартфоны небьющимися

▪ Безопасные генно-модифицированные комары

▪ Первый в мире поезд на магнитной подушке

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Регуляторы тембра, громкости. Подборка статей

▪ статья Луноход. История изобретения и производства

▪ статья Какой возраст можно считать бальзаковским? Подробный ответ

▪ статья Изготовление корпуса. Советы радиолюбителям

▪ статья Звуковой и световой пробник. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузок, 10 ампер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025