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:

▪ Часы из консервной банки

▪ Измерение влажности

▪ Астрограф, прибор для фотографирования звезд

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Велосипедная шина Metl 22.09.2023 Велосипедные шины Metl представляют собой уникальный потребительский продукт, в котором используется сплав с памятью формы, разработанный NASA и изготовленный из никеля и титана, известный как нитинол. Этот материал способен "запоминать" свою форму после нагревания. Metl называют безвоздушными шинами, так как они оснащены внутренним каркасом из нитинола. Нитинол – это легкий и чрезвычайно гибкий металл, который растягивается подобно резине, но при этом обладает прочностью титана и мгновенно восстанавливает свою исходную форму. Это означает, что после деформации при движении, вызванной например неровностями дороги, шины Metl возвращают свою первоначальную форму благодаря внутреннему каркасу из нитинола, а не внутреннему давлению воздуха. Такие шины не требуют накачки воздухом и при этом устойчивы к проколам, обеспечивая долгий срок службы. Создатели утверждают, что шины Metl способны прослужить на протяжении всего срока службы велосипеда. Metl обладают хорошей сцепляемостью с дорогой благодаря всепогоднему протектору, который также обеспечивает "среднюю" сопротивляемость качению и может пройти до 8000 миль (примерно 12,9 тысяч километров). Стоимость восстановления протектора составляет всего $10 за шину. Компания Smart Tire обещает, что Metl обеспечивают комфортное и плавное вождение, отличное управление и долговечность, а также повышают сцепление по сравнению с обычными надувными шинами. Инновационные шины уже доступны на краудфандинговой платформе Kickstarter по цене $500 за пару размером 700x35c, и ожидается, что они поступят в продажу в июне 2024 года.

Другие интересные новости:

▪ Фитнес против рака

▪ Симулятор для разработки автомобильных покрышек

▪ Вода из воздуха

▪ Солнечная энергия подзарядит мобильный телефон

▪ Свернадежный чип для искусственного интеллекта

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Регуляторы тока, напряжения, мощности. Подборка статей

▪ статья Типовые инструкции по охране труда. Профессии. Справочник

▪ статья Могут ли столкнуться планеты? Подробный ответ

▪ статья Функциональный состав телевизоров Kansai. Справочник

▪ статья Измеритель КБВ с автокалибровкой. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Замена микросхемы К416КН1 и блока питания БПИ-411 в телевизорах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026