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

▪ Почему показания стрелки компаса могут быть ненадежными

▪ Сделай батарейку

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Редкие земли с океанского дна 12.09.2011 Китай, обеспечивающий 97% всей добычи редкоземельных элементов в мире, с 2010 года ограничил их экспорт, чтобы защититься от конкурентов в производстве современной электроники. Эти металлы нужны, например, в производстве современных энергосберегающих ламп, мобильных телефонов, компьютерных дисплеев. В Японии и США начат поиск замены неодима в сплавах для маленьких, но очень мощных постоянных магнитов, которые широко применяются в двигателях для электромобилей. Ищут и другие варианты. Как сообщают японские геологи, обследовавшие под руководством профессора Токийского университета Ясухиро Като 78 районов дна Тихого океана, в донном иле у Гавайских островов и ближе к Антарктике концентрации редкоземельных элементов примерно такие же, как в рудах, разрабатываемых в Китае. А, например, диспрозия (он также применяется в мощных магнитах) кое-где вдвое больше. Один квадратный участок со стороной 2,5 километра может обеспечить этими металлами весь мировой спрос на год. Правда, добыча полезных ископаемых с океанского дна пока сопряжена с экологическими и экономическими проблемами.

Другие интересные новости:

▪ Новинки ARM для Интернета вещей

▪ Проекты космических мусоровозов

▪ Коллагеновые волокна растут как подсолнух

▪ Карты памяти Kingmax с записью 4K2K

▪ Ветряк в открытом море

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта И тут появился изобретатель (ТРИЗ). Подборка статей

▪ статья Дороти Паркер. Знаменитые афоризмы

▪ статья Кто совершил первый полет на воздушном шаре? Подробный ответ

▪ статья Грибы. Советы туристу

▪ статья Звуковой индикатор Антисон для автомобиля. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Угадывание карты из ряда. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026