Чем ближе к середине лета, тем температура выше, и все мы начинаем искать более холодные места. А что может быть холоднее холодильника? И что может быть желаннее самодельного холодильника? :-) Посмотрим, насколько он реален...
Недавно я наткнулся на пару любопытных видео, которые заставляют задуматься — простейшие холодильники, которые, как утверждают авторы роликов, можно создать буквально «на коленке», да ещё и в это жаркое лето. Кажется, это самое оно (на первый взгляд):
Выглядит достаточно привлекательно и просто… Тем не менее имеются обоснованные сомнения в реальности конкретно этой конструкции, показанной в видео. И, похоже, не только у меня, так как подобные видео снабжены просто бесконечной «портянкой» комментов, где люди разделились на лагеря, спорящие о реальности происходящего:
Но мы попробуем пойти другим путём, оставив реальность этих видео на совести их создателей, и рассмотрим вопрос с точки зрения того, а что нужно сделать, чтобы подобная система всё-таки стала реальной?
Чтобы понять это, для начала нам надо будет изучить базовые принципы создания искусственного холода и систем, предназначенных для этого.
▍ Тепло и холод, искусственная охлаждающая машина
С точки зрения физики, тепло и холод одинаковы и относительны, и по сути отличаются только скоростью движения молекул вещества. При относительном повышении температуры скорость движения молекул увеличивается, а при понижении температуры, соответственно, уменьшается.
Теплота, то есть внутренняя энергия тела, может переходить от более нагретых объектов к менее нагретым.
Поэтому для охлаждения могут использоваться природные способы, например, с помощью проточной воды. Тем не менее, естественные способы зачастую не способны понижать температуру на требуемые величины, поэтому для этого используются искусственные охлаждающие машины.
Искусственная охлаждающая машина предназначена для того, чтобы отбирать теплоту из некоторого полезного объёма, поддерживая его температуру более низкой, по сравнению с окружающей средой.
Примечание: здесь и далее мы будем говорить в основном только о газовой компрессионной холодильной машине.
Для этого одним из её необходимых компонентов является охлаждающий агент (далее «хладагент»), протекающий по системе и обладающий более низкой температурой, чем охлаждаемый полезный объём, ввиду чего и происходит перетекание теплоты от этого объёма к хладагенту. Это и приводит к охлаждению полезного объёма до требуемых температур.
Работа подобных машин основана на термодинамическом цикле Карно, из которого для нас является важным то, что на КПД подобной машины не влияет её конкретное устройство, а также тип и конкретные свойства хладагента. Влияют в конечном итоге только температуры двух составных частей этой машины: условно нагретой части и охлаждающей части (на рисунке ниже показаны разными цветами 2 зоны — низкого и высокого давления):
Как можно увидеть на картинке, машины подобного типа устроены таким образом, что состоят в общем случае всего из четырёх частей: трубчатого охладителя 1, который находится в охлаждаемом полезном объёме (то есть, внутри холодильника или иного объёма, например, помещения), компрессора 2, трубчатого конденсатора 3, вентиля 4.
Работает система следующим образом: хладагент условно медленно (из-за малого сечения) поступает через вентиль 4, благодаря чему в левой части, то есть в охладителе, поддерживается условное разрежение. Хладагент начинает усиленно испаряться во время протекания по трубчатой системе, а такое его испарение вызывает повышенное поглощение тепла из окружающей среды, то есть из полезного объёма.
Далее газообразный, условно нагретый хладагент поступает в компрессор, который его сжимает, увеличивая давление.
При этом температура хладагента ещё больше растёт, и всю эту накопленную теплоту нужно где-то сбросить — для этого и служит трубчатый конденсатор 3, протекая через который хладагент отдаёт свою теплоту и сжижается (т.е. переходит в жидкое состояние).
В разных конструкциях охлаждающих машин для отбора теплоты от трубчатого конденсатора используются разные подходы: начиная от проточной воды и заканчивая просто развитым радиатором (и вот этот второй подход легко заметить по бытовым холодильникам, если заглянуть за их заднюю стенку — там как раз и используется развитый радиатор).
Как было уже выше сказано, одним из важных компонентов системы является вентиль, задача которого заключается в дросселировании хладагента. То есть, другими словами, выпуск его из малого отверстия под условно большим давлением наружу (в трубчатый охладитель), что приводит к расширению хладагента и падению его температуры.
При этом сам хладагент начинает представлять собой не жидкость в чистом виде, а весьма влажный пар, с высоким содержанием жидкости.
В теории после конденсатора следовало бы, наверное, установить расширительный цилиндр, в котором конденсированный хладагент расширялся бы, при этом ещё больше понижая свою температуру. Тем не менее на практике этого не делают, так как объём жидкого хладагента достаточно мал, и, соответственно, расширительный цилиндр надо было ставить весьма малых размеров. А эффект от такого действия был бы незначительным, поэтому и ограничиваются только вентилем, в роли которого на практике выступает так называемая медная «капиллярная трубка», с очень малым проходным сечением 0,1–0,2 мм.
Таким образом, можно сказать, что холодильная конденсационная машина разделена на две чёткие зоны по давлению: условно низкого и условно высокого давления. И граница между ними проходит, с одной стороны — на стыке вентиля и трубчатого охладителя, с другой стороны — на стыке выходного клапана компрессора и трубчатого конденсатора.
▍ Хладагент и его выбор
На начальных стадиях своего развития в искусственных холодильных машинах пытались использовать в качестве хладагента обычный воздух, и подобные машины выглядели примерно таким образом:
Как можно видеть, из охлаждаемого объёма 1, воздух по трубе 6, поступает в компрессор 2, где он сжимается и нагревается. После чего сжатый и нагретый воздух поступает в охладитель 3, омываемый проточной водой, где охлаждается. Далее сжатый и охлаждённый воздух поступает в цилиндр 4, где резко расширяется, в процессе сильно охлаждаясь (до минус 60–70 °C) и уже этот охлаждённый воздух обратно поступает по трубопроводу 9 в тот же полезный объём 1. При этом цилиндр 4 связан (так же как и компрессор 2) шатуном с коленвалом, и расширение газа попутно совершает работу, проворачивая коленвал и облегчая работу электродвигателя по сжатию газа в компрессоре 2.
Тем не менее, несмотря на кажущуюся простоту устройства, компрессоры такого типа обладают недостатками, из которых можно назвать низкий коэффициент охлаждения (из-за малой теплоёмкости воздуха), а также общую громоздкость конструкции.
В качестве следующего достаточно доступного хладагента было бы весьма логично использовать воду — она широко распространена в природе, легко доступна.
Тем не менее этого не делают, и вот почему: машина на таком хладагенте будет достаточно громоздкой, а кроме того, во время работы в ней будет создаваться достаточно глубокий вакуум (порядка 0,00294 атмосферы — в испарителе и порядка 0,0324 атмосферы в конденсаторе), что является однозначно негативным явлением. Такие разряжённые объёмы достаточно непросто изолировать без протечек, что, в свою очередь, будет приводить к прониканию в систему трубопроводов влаги из атмосферы, которая будет замерзать и забивать их, вызывать коррозию компонентов, повышать давление в системе. Это, соответственно, уменьшит и эффективность производства холода.
Небольшой комментарий, в качестве отступления: ради интереса в своё время я тестировал один из компрессоров для холодильников (просто для себя, чтобы понять, какое давление он может выдать, так как диаметр его поршня порядка 1 см предполагал, что давление он может выдавать довольно большое), подключив к выходу из компрессора хорошо герметизированный отрезок медной трубки, с установленным в ней манометром высокого давления.
Компрессор холодильника смог накачать порядка 30 атмосфер, где при приближении к этой цифре его скорость работы уже существенно замедлилась, и я не стал его дальше мучить — «убить» компрессор не входило в мои планы...
Из-за вышеназванных недостатков и произошёл переход к компрессионным машинам, устройство каковых было описано выше, в которых в роли хладагента стали использовать легкосжижаемые газы, и их стараются подбирать таким образом, чтобы давление в системе в целом поддерживалось на уровне выше атмосферного (в области конденсации). Но в то же время давление не должно быть достаточно высоким, так как это вызовет проблемы с усложнением компрессорной системы. Поэтому на практике стараются ориентироваться на то, чтобы давление в области конденсации было порядка 15–17 атмосфер или менее, а в части испарения не создавался вакуум.
Кроме того, важным является ещё и безопасность хладагента для трубопроводной системы, чтобы не происходило её корродирование.
Ещё смотрят и на пожароопасность, чтобы в случае неожиданной протечки, даже если весь хладагент вытечет, то в объёме небольшой кухни на 25 метров квадратных, получившаяся смесь с воздухом не вызвала возгорания, взрыва или сильного отравления людей.
Хладагент также не должен сильно растворяться в смазочном масле, которым происходит смазка компрессора.
Ввиду такого большого количества требований, очень ограниченный круг потенциальных хладагентов отвечает хотя бы некоторым из них.
Среди таких хладагентов известны: аммиак, фреоны (142, 12, 22, R-134A, R-125, R-143), углекислота, сернистый ангидрид, хлористый метил.
Выше мы уже говорили, что давление в системе должно быть несколько выше атмосферного, а каким же именно оно должно быть?
Например, известно, что для фреона 12, давление в нагретой части будет находиться в пределах 5,79 атмосфер, а в холодной части — 1,54 атмосферы. Аналогичные цифры для фреона 22 таковы: 9,35–2,51 атмосферы (цифры взяты с условием, что нагретая часть имеет температуру +20 °С, а холодная часть, соответственно, охлаждена до -20 °С).
В последнее время, в связи с отходом от потенциально вредных для человека и разрушающих озон газов, переходят на иные хладагенты, отличающиеся дешевизной и доступностью: пропан (хладагент R290), изобутан (хладагент R600A).
Например, пропан известен как хорошая замена фреонам, ввиду своих термодинамических характеристик, а также низкой стоимости.
При его использовании той же самой системой, где использовался до этого фреон, эффективность по производству холода падает на 10%. При этом если в качестве хладагента используется смесь пропан-бутан, то в конструкцию фреонового холодильника не требуется вносить никаких изменений. Среди его недостатков можно назвать такой, как пожароопасность.
Изобутан стал подниматься в рейтинге хладагентов после того, как с момента его первоначального применения, холодильная техника существенно усовершенствовалась, и теперь для заправки стало требоваться существенно меньше этого газа (в среднем 25г в настоящее время, против 250г в недавнем прошлом). А, как мы знаем, уменьшение количества вещества сказывается весьма положительно, так как меньшему количеству труднее создать предельно допустимую концентрацию в жилом помещении в случае протечки.
Кроме того, он обладает более высоким холодильным коэффициентом по сравнению с фреонами (на нём работают самые экономичные холодильники, с классами энергопотребления А+, А++), а также высокую стабильность (средний срок предполагаемой службы в составе холодильной установки порядка 20 лет).
Ещё одним его плюсом является то, что он может испаряться и конденсироваться при более низких давлениях (10,91 атмосферы — в горячей части и 0,29 — в холодной, если сравнивать его с фреонами — 21,18/18,82-0,52/0,64 атмосферы для фреонов R134a/R12. Соответственно, для него достаточен более слабый компрессор).
Тем не менее он не лишён и недостатков:
- не позволяет перевести старые холодильники на него, без изменения конструкции,
- не имеет цвета и запаха, что осложняет его идентификацию, обладает удушающим эффектом,
- взрывоопасен.
Кстати, в качестве замечания: как можно видеть по цифрам выше, в современных холодильниках, в холодной их части, — давление несколько ниже атмосферного, что, со временем, вероятно, приводит к проникновению влаги из атмосферы из-за проблем герметизации.
Могу ошибаться, так как это в явном виде нигде не говорится, но похоже на то, что именно из-за этого в составе современных холодильников имеется дополнительное устройство (помимо описанных выше), называемое «фильтром-осушителем» и предназначенное для удаления влаги/загрязнений из системы. Понимаю, что скорее на него возлагают задачу первичного осушения/очистки газа при заправке новой порции, но, надо думать, его наличие сказывается позитивно и при дальнейшей работе.
Итак, из всего вышесказанного можно сделать вывод, что показанное в роликах в начале статьи, — какой-то явный бред :-) Несмотря на то, что компоненты почти правильные: есть капиллярная трубка, есть испаритель, есть конденсатор, даже используется изобутан…
Но нет главного: где же компрессор? :-) Так как жидкостная помпа явно никак не может сжимать газ.
Кроме того, если делать всё по правилам, то перед заправкой газом система должна быть вакуумирована, чего, как мы видим, в видео не было проделано.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что несмотря на неправильную сборку и явно какой-то фейк, это не отвергает работоспособность системы при правильном подходе. То есть, при добавлении в систему компрессора, предварительном её вакуумировании (порядок можно найти в источнике «1», в списке литературы под статьёй), а также подбора длины испарительного и конденсационного трубопроводов таким образом, чтобы газ успевал в одной части полностью испаряться, а в другой — полностью конденсироваться (примеры методик расчёта испарителя и конденсатора — можно найти в источнике «2», в списке литературы под статьёй).
И тогда, в теории, всё должно получиться! Так как множество существующих холодильников и кондиционеров нам наглядно доказывают это, а, стало быть, при правильном подходе и самодельному холодильнику — быть!
Список использованных источников
- Родина А.В., Тюнина А.Н. — «Современные холодильники».
- Зайцев В.П. — «Холодильная техника».
- Зеликовский И.Х., Каплан Л.Г. — «Малые холодильные машины и установки».
Telegram-канал со скидками, розыгрышами призов и новостями IT ?
Комментарии (63)
santiment
11.07.2024 13:22+5Автору рекомендую для кругозора почитать про холодильник Зысина и подобные, где не нужен компрессор, только подвод тепла или нагрев.
Wizard_of_light
11.07.2024 13:22+3Можно без компрессора - абсорбционная схема.
DAN_SEA Автор
11.07.2024 13:22+5Да да, даже писал про такое. ;-)
Только сейчас заметил, что вы ссылку на мою же статью разместили :-)
NickDoom
11.07.2024 13:22+1А я включил самовлюблённого индюка и возомнил, что могу что-то такое :)
К доктору пора — мания величия разыгралась…
goldexer
11.07.2024 13:22В автомобильном, например, кондиционере, если после разборки/сборки (и, соответственно, попадания туда воздуха) не вакуумировать систему перед заправкой, то её эффективность падает во много раз, а износ и тепловая нагрузка - возрастает.
Dr_Faksov
11.07.2024 13:22+1А если потратить на заправку на порядок больше газа, просто продув им систему, то... тоже заработает. Вакуумирование просто экономит деньги. И как бы бережет природу.
AlxB
11.07.2024 13:22холодильная техника существенно усовершенствовалась, и теперь для заправки стало требоваться существенно меньше этого газа (в среднем 25г в настоящее время, против 250г в недавнем прошлом).
То есть, я правильно понимаю, что из-за озоновой истерики 1980-х пришлось раз в 5 увеличить обороты компрессора (с пропорциональным снижением ресурса) и в 10 раз увеличить чувствительность к утечкам из-за ликвидации расширительного бака (ежегодная заправка кондиционеров, привет!)?
rexen
11.07.2024 13:22Капитализмъ, копроэкономика, бизнес... ничего личного. Ну и 40 лет - это уже не недавнее прошлое, уже по этой истории с "дырами от фреона" оттоптались многократно.
Denev
11.07.2024 13:22+1уже по этой истории с "дырами от фреона" оттоптались многократно.
Про озоновые "дыры" ни чего не слышно в массовых СМИ потому, что проблема в целом решена https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/434238/Kak_pozhivaesh_antarkticheskaya_ozonovaya_dyra Монреальский протокол это редкий случай хорошо работающего международного экологического соглашения https://nplus1.ru/material/2020/04/25/on-montreal А вообще, перспектива разрушения озонового слоя была вполне реальна.
nafikovr
11.07.2024 13:22+1ну там еще и рабочие режимы изменились, а "запас" который находится в жидкой фазе не выполняет полезную работу. так что не все так плохо
All999
11.07.2024 13:22+5"р600" - зажигалочный газ, продаётся в баллончиках для заправки зажигалок. После израсходования его можно будет перезаправить из бытового пропанового баллона, а баллон заправить на автозаправке. Нужно только сделать переходник, для этого просверлить миллиметровую дырочку в пробке для баллона и раззенковать чтобы баллончик центровался. Я уже много лет так курю. В планах ремонт холодильника, знакомый именно так и починил. Поменяю компрессор, заправлю зажигалочным газом, отпишусь, чего вышло))
Как лень победю, так сразу и сделаю))
Dimsml
11.07.2024 13:22+3На Youtube пару раз видел подобные видео у американцев, где старый холодильник типа "округлый гроб с ручкой на замке" заправляется чуть ли не пропаном с заправки и нормально работает в каком-нибудь сарае или на улице.
sansar
11.07.2024 13:22+1да тот же silverrain на ютубе тепловой насос пропан бутаном заправлял
Dimsml
11.07.2024 13:22+2На Youtube ещё есть Hyperspace Pirate, он последний год тоже какую-то холодильную дичь собирает.
NickDoom
11.07.2024 13:22+1Я так делал, но это чисто временное решение, потому что масло для фреонов и масло для углеводородов, насколько мне известно, несовместимы.
Тем не менее, неплохая альтернатива вакуумированию — несколько раз задул-сдул и воздуха практически не осталось, а небольшая примесь «не того» хладагента КМК не критична.
firehacker
11.07.2024 13:22+1После израсходования его можно будет перезаправить из бытового пропанового баллона, а баллон заправить на автозаправке.
Ни в коем случае. Читайте:
https://habr.com/ru/companies/ruvds/articles/773470/comments/#comment_26272414
All999
11.07.2024 13:22Ну, я не теоретик, отличить "изобутан" от пропана не могу. Просто заезжаю на заправку и заправляю машину, а заодно и баллон в багажнике. Зажигалка на этом горит неотличимо от новой, заправленной на заводе, значит, газ примерно одинаковый. Если в машине оставить, то взрывается.
firehacker
11.07.2024 13:22Ну плохо, что вы не понимаете этого простейшего физического принципа, но на самом деле это, я думаю, легко поправимо. Гораздо хуже то, что вы пропагандируете потенциально опасные действия.
Ещё раз, если кратко: заправлять пропан в ёмкость, рассчитанную на изобутан нельзя, потому что при тех же условиях (температуре, главным образом) давление в сосуде будет в разы больше. Наоборот — можно, в ёмкость, расчитанную под пропан, заливайте изобутана сколько хотите.
Но если пропан загонять в тонкостенный изобутановые сосуды, то до запас до исчерпания предела прочности остаётся значительо меньший.
NickDoom
11.07.2024 13:22А что если в баллончик от пневмопистолета впаять автониппель и заправлять через него пропаном, а потом вкручивать клапан с колёсиком, вынутый из пластиковой зажигалки и пересунутый в добротную латунь?
Будет везде толстый металл, вполне ОК для пропана (если доверху не заливать, ибо расширение жидкой фазы) :)
firehacker
11.07.2024 13:22+1Что за баллончик? Типа тех, что в советские времена были нужны для сифонов для газводы?
Так там объем мизерный. А пропан, в отличие от углекислого газа, не получится загнать туда под давлением 300 атмосфер, он сжижается раньше, в отличие от цэ-о-два.
Да и вообще, какой смысл что-то изобретать, если есть готовые фабричные пропановые баллоны. Расчитанные, испытанные, разного литража?..
NickDoom
11.07.2024 13:22Типа тех, ага. Чуть побольше.
На всякий случай напомню всем, что жидкости несжимаемы, поэтому не суть важно, какое давление — если баллончик на него рассчитан, он будет работать эффективно. Если нет — будет отрывать пальцы не менее эффективно. Поэтому высокое давление сжижения углекислоты — плюс, не минус. А то мы явно о разных вещах говорим, судя по ↓ и если всё вместе сложить — получается ерунда :)
Да и вообще, какой смысл что-то изобретать, если есть готовые фабричные пропановые баллоны.
Блин, а я про зажигалку. Безумную (безумие ради безумия) зажигалку, рассчитанную на пропан вместо бутана.
Wesha
11.07.2024 13:22Если в машине оставить, то взрывается.
Вот мы всем хабром и придумали идеальный план убийства — заправляем зажигалку пропаном и оставляем у жертвы в машине... /s
lv333
11.07.2024 13:22Пффф... И что?) Не теоретически зажигалка может и взорвется, кстати вовсе не факт ещё, запас прочности это делать в принципе позволяет, сам грешил такой заправкой в молодости и ни разу у меня ничего не взорвалось. Ок, возможно это ошибка выжившего. Ну даже если взорвется, ну точнее скорее даже не взорвется, а найдет самое слабое место конструкции и скажем так просочится через него, скорее всего даже относительно медленно. В любом случае, даже если ваша жертва закурит в машине с закрытыми окнами, то крайне сомнительно что соотношение объемов горючего газа к кислороду воздуха окажется нужным для взрыва, впрочем даже если вам невероятно повезет и таки окажется, то жертву скорее всего максимум контузит. Короче, крайне ненадежный способ убийства, завязан на целой куче вероятностей и допущений.
Dimsml
11.07.2024 13:22+4На начальных стадиях своего развития в искусственных холодильных машинах пытались использовать в качестве хладагента обычный воздух, и подобные машины выглядели примерно таким образом:
Так не просто пытались, а даже получилось! В 1882 году рефрижератор Данидин совершил первый успешный рейс из Новой Зеландии в Лондон, доставив 4331 тушу баранов (или овец), 598 туш ягнят, 22 туши свиньи, а также всяких там индеек и куропаток, субпродукты и 200 бочек с маслом.
Правда, это далеко не первый рефрижератор, но насколько я понял первый коммерчески успешный рефрижератор.
В 1876 году на судне Нортем сломался холодильный агрегат и поставка из Австралии в Англию сорвалась. Неизвестно что там был за холодильник.
В 1877 году Фердинанд Карре оборудовал абсорпционной холодильной машиной пароход Парагвай, который привёз во Францию замороженное мясо. Правда, по пути они с чем-то (или кем-то) столкнулись, поставка задержалась на месяц и не была выгодной с коммерческой точки зрения.
В 1879 году судно Strathleven, оборудованное охлаждающей системой Белла-Коулмана, той же, которой позже оборудуют Данидин, привезло пробную партию замороженного мяса, но это была только малая часть груза, я так понял они в основном везли промышленные грузы.
Да и сам Данидин тоже "весело" плавал. Сначала на седьмой день погрузки у компрессора сломался коленвал, а попутно я так понял он разворотил то ли цилиндр, то ли вообще половину компрессора, но на изготовление новых частей и восстановление холодильника у местного токаря ушёл месяц. В процессе, кстати, размёрзло 643 туши овец. Не особо напрягаясь, размёрзшие туши продали ничего не подозревающим покупателям, которые не отличили их от свежих.
Ну да ладно, через некоторое время они наконец-то отплыли с грузом. Во-первых, так как это был парусник с установленным на нём холодильником, то он шёл под парусами, а паровая машина охлаждала трюм. Правда, поскольку изначально там вообще не подразумевалась паровая машина, то экипаж со страхом наблюдал за летящими из неё искрами, которые могли сжечь весь корабль. Ну да ладно. Потом из-за штиля судно застряло в тропиках и выяснилось что из-за плохой циркуляции воздуха трюм плохо охлаждается. Капитан, обмотавшись верёвкой и вооружившись пилой, пополз пропиливать отверстия для циркуляции воздуха. И чуть было там не замёрз насмерть! Его конечно вытащили и откачали, но вот это человек!
Туши в конце концов довезли и продали, даже с прибылью. Негоднйо к продаже признали всего одну тушу, хотя сначала опасались что покупатели или мясники не признают замороженное мясо.
И да, есть интересная книжка конца XIX - начала XX века, где как раз описаны первые коммерческие холодильники (на английском): The Mechanical Production of Cold.
Wesha
11.07.2024 13:22+7пароход Парагвай
Парагвай — это страна. Пароход — это "Парагвай".
Капитан, обмотавшись верёвкой и вооружившись пилой, пополз пропиливать отверстия для циркуляции воздуха. И чуть было там не замёрз насмерть!
Если б замёрз — то метода уже была отработана: не особо напрягаясь, продали бы ничего не подозревающим покупателям, которые не отличили бы от овцы?
Dimsml
11.07.2024 13:22+1Если б замёрз — то метода уже была отработана: не особо напрягаясь, продали бы ничего не подозревающим покупателям, которые не отличили бы от овцы?
В английском есть эвфемизм для человечины - long pig. Так что покупатели бы жаловались, да, на свинину.
Wesha
11.07.2024 13:22+1"— Сэр, позвольте сообщить Вам, что Вы — свинья!!!
— Ну, если так просмотреть, то вообще-то да....
NickDoom
11.07.2024 13:22Без компрессора тоже можно, я думаю — помните такой Icy Ball? А теперь представьте, что его сделали из десятка секций, закатали в общий диск из монтажной пены и меееедленно крутят. Одна секция греется, другая — отдаёт тепло, а в третьей уже аммиак кипит и морозит до -20…
Явно потребуются внутри клапана, так что это не полноценный АДХ, а такой «компрессор без компрессора». нуждающийся и в тепле, и во внешнем приводе моторчиком :)
firehacker
11.07.2024 13:22+3Компрессор нужен по сути для регенерации жидкого хладагента. Если у вас есть запас оного, например в баллоне, можете выпускать его в испаритель, а испарения стравливать в атмосферу.
Вполне себе работающий холодильник/кондиционер будет, пока запас жидкого хладагента не кончится.
NickDoom
11.07.2024 13:22Регенерация горелкой и гравитацией, как в Icy Ball и полноценных АДХ, а перемещение регенерированного хладагента вовнутрь морозильной камеры — клапанами и вращением «колеса обозрения» с камерами (в полноценных АДХ это тоже гравитация решает, плюс буферный газ «уадарёдъ», а в предлагаемой схеме — по-тупенькому, для детей, одна камера въехала в морозилку и отчаянно испаряет аммиак, а вторая — выехала и уже кипятится, передавая аммиак в третью).
lv333
11.07.2024 13:22Ну вот, а стоить добавить сюда компрессор и ещё пару деталей и... Получится нормальный холодильник!
Dimsml
11.07.2024 13:22
Всё уже придумано до нас! :)
NickDoom
11.07.2024 13:22Ненене, полноценная АбХМ (с водородом) — читерство :)
С водородом-то понятно, что всё получится :)
Отжимаем у воды аммиак нагреванием, после охлаждения он сжижается от статичного давления в системе, но поскольку над ним водородная атмосфера — испаряется просто по тому же принципу, как вода с тряпки в сухом воздухе (хотя +25°С совсем не +100°С), а в водороде ему накопиться не даёт радостно его всасывающая успевшая остыть вода, крутящаяся по контуру тупо конвекцией…
Поправьте, если я в деталях накосячил (тут половина комментаторов — эксперты по АбХМ и полновесные статьи по ним писали, а я так, одним абзацем пересказал). И если кто-то подскажет, откуда растут ноги у термина «абсорбционно-диффузионная холодильная машина» — тоже спасибо.
Dimsml
11.07.2024 13:22+1Есть холодильники подобные тому же icy ball, но без водорода и аммиака (с вакуумом, активированным углём и метанолом, хехе):
Точно так же работает циклично, как и Icy Ball. Днём солнце, как вы выразились, отжимает :) метанол из активированного угля, он конденсируется в конденсаторе и стекает в испаритель. Ночью метанол испаряется из испарителя (попутно охлаждая его) и адсорбируется на активированном угле.
Вроде бы метанол можно заменить этанолом и другими спиртами, не помню в чём проблема, то ли температуры выше, то ли что.
Wesha
11.07.2024 13:22+1Работает система следующим образом: хладагент условно медленно (из-за малого сечения) поступает через вентиль 4, благодаря чему в левой части, то есть в охладителе, поддерживается условное разрежение.
Нет. Мотор 2, затрачивая энергию, переносит хладагент из левой части в правую, отчего в левой части становится мало хладагента (низкое давление), а в правой — много (высокое). Сответственно
по закону гея Люссакаслева температура (= число столкновений молекул в единицу времени) уменьшается (их же там стало меньше, некому сталкиваться), а справа — увеличивается (там больше молекул стало: вдобавок к уже имеющимся туда затолкали тех, кого забрали слева). Нагревшаяся правая часть сообщается с внешним миром, и согласно второму началу термодинамики эта высокая температура вскоре уравнивается (теплопередачей через стенки змеевика) с температурой внешней среды (предполагаем, что та может поглотить огромное количество тепла), после чего через вентиль 4 охладивишийся до температуры внешней среды хладагент медленно просачивается обратно в левую часть — и цикл повторяется.firehacker
11.07.2024 13:22+3Нет, вы делаете популярную ошибку. Холодильник работает благодаря фазовым переходам жидкости. То, что там газ сжимается/расширяется и при этом нагревается/охлаждается это вообще незначительный побочный эффект, который есть, но погоду особо не делает.
YaHi
11.07.2024 13:22Есть те, кто повторял конструкции из видео в статье? Вдруг не фейк:))
lv333
11.07.2024 13:22Ну если взять самый дешманский насос для воды к крыльчаткой, скорее всего ничего хорошего не выйдет... Во всяком случае если и будет какой то эффект, то на грани погрешности, а вот перистальтические насос, можно даже попробовать. Но тоже сомневаюсь что получится как на видео - прям рост льда на трубках в реальном времени! Так даже настоящий холодильник не может!)
ArtyomOchkin
11.07.2024 13:22Спасибо за статью, было интересно узнать подробнее конструкцию холодильника и некоторые исторически сложившиеся вещи.
Тоже как-то на Ютубе видео такие холодильные эксперименты — там много всяких не очень реалистичных, но иногда и полезных DIY-видео.
Да, кстати, интересный момент: 40 человек положили на данный момент статью в закладки, а 30 поставивших врму в + (↑) сделали и 30 комментариев (ну или не только те, кому понравилось, этого не ведаю :) ).
DMGarikk
11.07.2024 13:22Хладагент также не должен сильно растворяться в смазочном масле, которым происходит смазка компрессора.
тут кстати интересная история
в Аммиачных холодильных машинах хладогент в масле не растворяется и приходится специально ставить маслоотделители чтобы оно не затыкало ТРВ, капиллярные трубки и испаритель...т.к. хладогент его не вымывает
у фреоновых холодильников его нет потому что хладогент растворяется в масле (или масло в хладогенте) и оно циркулирует по системе без особых проблем
exFIDO
11.07.2024 13:22Не взлетевшая штука - вихревой холодильник. Нужен сжатый воздух (много), законы физики и шумоизоляция (ну или промка, где положить на шум). Примерно как дельтаплан - гениальное изобретение, отлично работает, доступно на технологическом уровне древнего Египта, но появилось поздно и не взлетело по причине наличия сложных-хайтечных, но, на нашем уровне развития, более удобных технологий. "Попаданческая" штука!
Wesha
11.07.2024 13:22Эффективность охлаждения с применением эффекта невысока и ниже эффективности традиционных холодильных установок.
exFIDO
11.07.2024 13:22Таки да, но требуется только сжатый воздух, а система не имеет движущихся частей. Сжатый воздух может получаться множеством способов, по хайтечности находящимися на уровне "привет Цезарю". В то же время "традиционную холодильную установку" просто невозможно произвести. Пользовались бы только в путь, но не изобрели на тот момент. А когда изобрели, уже стало не надо. Если развоюемся до общего скатывания в 18-19 век - может пригодиться.
lv333
11.07.2024 13:22На технологиях древнего Египта дельтаплан? Ну спорно, шелк тогда стоил весьма недешево, да и в количествах необходимых на постройку дельтаплана его будет непросто, если вообще возможно найти в одном месте, а других материалов которые можно применить, так то и нет... В книгах про попаданцев оно конечно все выглядит прекрасно, но что то мне подсказывает что случись такое в реальности, такая "книга" была бы или крайне скучной, или очень короткой, на несколько страниц максимум, а скорее всего оба варианта сразу!:)
Moog_Prodigy
11.07.2024 13:22Трубки Ранка-Хирша. Если и есть смысл где использовать, то разве что в лаборатории за неимением другого. КПД ниже плинтуса, запредельная сложность конструкции (ага привет Египту) , особенно многоступенчатые, гигантский расход рабочего тела.
Не взлетело очень по многим причинам. А сегодня оно не то чтобы не взлетит, даже не ползает.
lv333
11.07.2024 13:22Кстати, раз уж тема зашла про холодильники и кондиционеры, позвольте вопрос к знающим в теме. Вот сейчас у нас жаркое лето, тема с охлаждением как никогда актуальна. С одной стороны мы имеем кучу тепла, на которой вполне мог бы легко работать абсорбционный холодильник, а с другой необходимость в отводе тепла, так почему бы не построить схему, солнечный коллектор - абсорбционный холодильник - вентелятор(который можно запитать от небольшой солнечной панельки) в итоге чем жарче печет солнце - тем больше холода, ну теоретически. Нет, я понимаю что можно поставить поле солнечных панелей, получить электричество и запитать обычный кондиционер, но как по мне это явный оверхед, да и площадь коллектора, который даст достаточно тепла для работы абсорбционного холодильники явно меньше нужна чем поле СБ для работы обычного кондиционера... К тому же схема по большей своей части без всяких движущихся элементов, а значить максимально надёжная, а самое главное, совершенно энергонезависимая.
Dr_Faksov
11.07.2024 13:22Основная причина - удручающе низкие показатели КПД и хладопроизводительности абсорбционных холодильников. И если на КПД, при дармовом источнике энергии, можно забить, то вот на производительность это сделать тяжело. В одном из приближений производительность зависит от скорости перемещения хладагента. Если в системе с принудительным перемещением можно взять насос помощнее и сделать трубы потолще, то в самотёчной с маштабируемостью всё печальней.
Именно по этому абсорбционный холодильник строят тогда, когда компрессорный ну ни как не применить.
lv333
11.07.2024 13:22Т.е. по итогу этот концепт совершенно нежизнеспособен?
Moog_Prodigy
11.07.2024 13:22По сути так и есть. Самый максимум что может получиться - это выйти чуть ниже 0 по разнице температур на одной и той же площади. Ну если конечно есть несколько квадратных километров свободных площадей, а охладить надо квартиру - то конечно получится!
lv333
11.07.2024 13:22Кстати, раз уж в комментах принялись перечислять разного рода холодильные машины и принципы охлаждения, то ещё один незаслуженно забытый оказался - холодильник основанный на растворении кристаллической решетки некоторых твердых веществ в воде, да-да, холод можно получать не только на фазовом переходе жидкость газ, но и на том, что при образовании кристаллической решетки энергия выделяется, а при разрушении забирается как следствие температура такого раствора довольно резко и сильно понижается. Одно из самых известных таких веществ - аммиачная селитра. Теоретически этот процесс наверное можно как то закольцевать и построить холодильную машину на таком принципе.
Moog_Prodigy
11.07.2024 13:22Известный факт - селитра при растворении в воде охлаждает раствор. Но как селитру из воды достать обратно? Кипятить, выпаривать - вариант. А есть менее энергоемкие?
Прикол всех кондеев на компрессорах ровно в том, что они позволяют получать КПД по холоду сильно выше 100%, не нарушая закона сохранения. Тепловой насос.
Ravager
11.07.2024 13:22+1Я так понимаю что все эти примеры и ролики, заполонившие интернет - фейк? Чтобы пропан конденсировался при температуре ниже 30, нужно давление в несколько атмосфер, чего этот моторчик не создаст? Или там за счёт капиллярной трубки чудо может случиться?
sshmakov
Э... влага из атмосферы? Извиняюсь, а у нее разве какой-то другой состав, чем у воды в контуре? Почему замерзает именно эта влага, а не сама вода?
DAN_SEA Автор
Я это понимаю так: что при закачке, в газе уже существует некое количество влаги и она вымораживается. Но- если есть негерметичность, то в систему начинает попадать ещё больше влаги и она ещё больше забивается льдом/падает эффективность - я так понимаю, что речь об этом.
All999
Если есть негерметичность, то весь газ быстро улетучится. Паять прямыми руками надобно, тогда годами работать будет.
Radisto
Скорее жесткость системы на сжатие намного тяжелее обеспечить, чем на раздувание. Может, чтобы вакуум радиаторы в комок не смял?
Ki10V01T
Не одной водой едины... Часто, капиллярная трубка, забивается парами некачественного масла, которым заправлен компрессор. С такой проблемой можно столкнуться в следующих случаях:
При покупке овременного холодильника. Со слов ремонтников со стажем, там на всём экономят и даже компрессора долго не ходят.
Если новый ремонтный компрессор ставить.
Переобслуживать старый и экономить при этом на масле.
При утечке хладагента. Компрессор, в попытках охладить испаритель до нужной температуры, начинает постоянно молотить. Тем самым, сильно нагревается и вызывает ещё бо́льшее испарение масла (что особенно опасно, в случае плохого его качества)
mpa4b
Да просто чушь в статье написана. Если верить диаграмме фазовых состояний воды https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ru/e/e8/Water_phase_diagram.gif , то при "0.003 атм" (300 Па) температура будет где-то минус 20..30 по цельсию, при этих температурах или пар, или лёд. Так что забиваться да, будет независимо от "втечек" влаги снаружи. Ну просто весь испаритель будет не просто забиваться льдом, а исключительно лёд испарять. С учётом того, что лёд сам по себе по поверхности испарителя растекаться и тут же кипеть не будет, теплоотвод будет сильно хуже, чем из жидкой фазы обычных фреонов.
Другое число из статьи -- "0.03 атм" (3000 Па) в конденсаторе соответствует примерно температуре около плюс 20-30 градусов, вот такой вот нам кондиционер предлагается, по мне так весьма странный.
Третье соображение: при таких давлениях в газовой фазе плотность вещества (воды) будет ну совсем никакой, на два-три порядка меньше, чем в традиционных кондеях с их фреонами. Соответственно, или на те же порядки надо увеличивать диаметры труб и объёмы поршней в компрессорах, или охлаждать всерьёз оно не будет.
lv333
Холодильник на испарении воды? То вы просто наверное про холодильник дальнобойщика не слышали! :) Да и собственно, наши тела тоже в каком то смысле холодильник, работающий за счёт испарения воды... Работающий конечно не сказать что бы сильно эффективно, но тем не менее - работающий.