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:

▪ Физика ледяного кубика

▪ Двигатель вперевалочку

▪ А было ли землятресение?

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Компас голубя оказался в его печени 09.06.2026

Ученые десятилетиями пытались разгадать секрет невероятной способности почтовых голубей преодолевать сотни километров и безошибочно возвращаться домой. Они искали магнитные сенсоры в клюве, глазах, ушах и мозге, однако ответ оказался совершенно неожиданным. Международная команда биологов обнаружила, что внутренний компас этих птиц находится в печени. Именно там расположены особые иммунные клетки, насыщенные железом и способные воспринимать магнитное поле Земли. Исследование провели доктор Кливия Лисовски (первый автор), профессор Кристиан Куртц из Университетской больницы Бонна и профессор Мартин Викельски из Института поведения животных имени Макса Планка. В работе также участвовали специалисты из Университета Дуйсбург-Эссен. Ученые выяснили, что макрофаги печени голубей накапливают железо из отработанных эритроцитов и приобретают суперпарамагнитные свойства, превращаясь в миниатюрные магнитные датчики. Ранее существовало несколько гипотез о расположении магниторецепторов у птиц ...>>

4K лазерный проектор Acer HL6820GTV 09.06.2026

Компания Acer пополнила свою линейку домашних кинозалов новой моделью. Проектор HL6820GTV - это 4K лазерное устройство, которое имеет встроенное Google TV и поддерживает игровые функции, в том числе переменную частоту обновления до 144 Гц. Он будет доступен в регионе EMEA в третьем квартале 2026 года по стартовой цене 1399 евро. Проектор использует DMD-панель размером 0.47 дюйма для воспроизведения разрешения 4K UHD (3840 x 2160). Вместо традиционной лампы он оснащен лазерным источником света. Acer заявляет, что это позволяет устройству достигать яркости 4 000 ANSI люменов в стандартном режиме, что делает его пригодным для использования в помещениях с рассеянным дневным светом.Портативные компьютеры и ноутбуки Также предусмотрен режим Eco, который уменьшает яркость до 3200 люменов, снижает уровень шума вентилятора до 29 дБА и увеличивает ожидаемый срок службы лазера с 20 000 до 30 000 часов. По данным компании такая лазерная конфигурация потребляет на 35% меньше энергии, чем ламп ...>>

Дороги из пластикового мусора 08.06.2026

В условиях стремительной урбанизации и роста потребления пластиковой упаковки многие развивающиеся страны сталкиваются с острой проблемой накопления отходов. Непал не стал исключением: в крупных городах, таких как Катманду и Покхара, инфраструктура переработки не успевает за объемами мусора, значительную часть которого составляет трудноутилизируемый пластик. В ответ на этот вызов местные инициативы предлагают оригинальное решение - превращать пластиковые отходы в материал для строительства дорог. Организация Green Road Waste Management, основанная Бималом Бастолой и его командой, активно реализует проект по созданию "пластиковых" дорог. Для производства специального асфальта используются упаковки от снеков, печенья и другие виды низкосортного пластика, которые обычно отправляются на свалки. По данным участников проекта, на строительство одного километра дороги требуется около двух тонн измельченного пластика. Технология довольно проста по своей сути. Пластиковые отходы измельчают ...>>

Случайная новость из Архива Холод полезен для тренировок 27.02.2021 Физическая нагрузка - непременное средство борьбы как за общее здоровье, так и с избыточным весом. Понимание тонкостей такой борьбы становится особенно актуальным в мире, переживающем виртуальную трансформацию, когда многие переходят на дистанционную работу. При этом сознание уходит в виртуальное пространство, а тело прочно прилипает к дивану и порой неделями не покидает этого насиженного места. Зима - самое время, когда можно эффективно расправляться с нарастающим от такого образа жизни жирком. Это выяснили канадские исследователи из Лаврентийского университета, что в провинции Онтарио. Ученые не заставляли участников эксперимента выполнять какие-то изматывающие упражнения. Всего-то надо было вечером десять раз по минуте крутить педали велотренажера на максимальной скорости, а потом полторы минуты отдыхать. Причем скорость определяли точно - по потреблению кислорода, соответственно 90 и 30% от пикового значения, ранее выявленного в лаборатории для каждого участника. Четверть часа до начала упражнений участники охлаждались в комнате с температурой 0°С. Сами упражнения проводили на холоде. Результат оказался потрясающим - переработка жира выросла в три с лишним раза по сравнению с упражнениями в теплой комнате. Подробное изучение путей метаболизма показало: сгорал тот жир, что находится в мышечных тканях. Однако благотворное влияние холодная тренировка оказывала лишь сама по себе: жир сгорал во время упражнений. Когда участники эксперимента с утра съедали плотный завтрак с жирной пищей, вечернее упражнение никак не сказывалось на углеводно-жировом обмене. А вот теплая вечерняя тренировка хоть и сжигала меньше жира, зато после завтрака уровень сахара в крови рос не столь сильно, а уровень триглицеридов даже падал. Впрочем, физиологи только начали задумываться о различии этих двух феноменов и пока объяснить, что более и кому полезно, не могут. Поэтому если стараться сжигать жир, одной холодной тренировкой не обойтись, нужно проявить силу воли и уменьшить поглощение пищи, в первую очередь жирной. Ну а если привыкнуть к такому образу жизни зимой, глядишь, и летом будет привычнее крутить педали настоящего велосипеда: получится сезонное чередование холодной и теплой тренировок.

Другие интересные новости:

▪ Парковка и чистый воздух

▪ Восстановление зубной эмали

▪ LMX9838 - модуль Bluetooth с профилем последовательного порта

▪ Телевизоры Sharp и Pioneer признаны самыми экологичными

▪ Нет слов - нет и памяти

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Микрофоны, радиомикрофоны. Подборка статей

▪ статья Навигационная система GPS. История изобретения и производства

▪ статья Когда впервые была применена медь? Подробный ответ

▪ статья Цунами. Советы туристу

▪ статья Коаксиальная антенна диапазона 144-146 МГц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Нормы испытаний электрооборудования и аппаратов электроустановок потребителей. Наибольшие допустимые значения сопротивлений заземлителей опор воздушных линий электропередачи. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026