В предыдущей заметке рассматривались абсорбционные холодильники простейшей конструкции периодического действия.
Принцип работы и конструкция более энергоэффективных абсорбционных холодильников непрерывного действия хорошо известны (см., например, здесь), и, наверное, не требуют подробного обсуждения, но в лоу-тек варианте такие холодильники трудно реализуемы. Однако есть весьма любопытный пример очень простой холодильной установки — это холодильник Эйнштейна-Силарда (или Сциларда, как раньше транслитерировали его фамилию).
Про это изобретение ходит много легенд. Обычно историю изобретения описывают так:
Эйнштейн, увидев в газетете сообщение о смерти целой семьи в Берлине из-за холодильника, работавшего на сернистом газе, решил создать более безопасную конструкцию, без токсичных веществ. Вместе со своим учеником Лео Силардом он запантентовал первый в мире абсорбционный холодильник без движущихся частей, и патент на него купила шведская фирма Электролюкс. Но из-за Великой Депрессии и появления эффективных и безопасных компрессионных холодильников на фреонах это изобретение не нашло практического применения.
На самом деле холодильник без движущихся частей был изобретен ранее (абсорбционно-диффузионный холодильник запатентован шведскими студентами Карлом Мунтерсом и Бальтазаром фон Платеном в 1922 году), и такие холодильники производились и достаточно широко использовались даже после появления фреоновых. Холодильник Эйнштейна-Силарда (не совсем ясно, кто из них автор самой идеи, но это и не очень важно) имеет совершенно иной принцип работы, хотя конструктивно схож.
Согласно патенту, в холодильнике присутствуют вода, аммиак и бутан. В генераторе раствор аммиака нагревается и разделяется на слабый раствор, который поднимается вверх за счет трубки-термосифона, и газообразный аммиак, который барботируется в испарителе и вызывает испарение находящегося там жидкого бутана из-за разбавления газовой фазы и понижения в ней парциального давления бутана. При этом испаритель охлаждается. Газовая смесь аммиака и бутана поступает в абсорбер-конденсатор, где аммиак поглощается слабым раствором, который по пути из генератора успевает охладиться, а бутан, парциальное давление которого возрастает, конденсируется в жидкость. Крепкий раствор аммиака возвращается в генератор, а бутан — в испаритель самотеком.
Как видно, конструкция действительно очень проста и работает под минимальным избыточным давлением в несколько атмосфер. Заправить холодильник раствором аммиака и жидким бутаном (попаданцу проще будет получить изобутан из сивушного масла, температура кипения изобутана -11 градусов. Изобутан под названием фреон R600a часто применяется для заправки бытовых холодильников) тоже не представляется сложным. Вопрос только в реальной эффективности — к сожалению, достоверных данных почти нет.
Вообще абсорбционные холодильники ограниченно применятся до сих пор. Вроде как они менее эффективны чем с компрессором да и домой такое чудо ставить не удобно (хотя Электролюкс что то такое делал да и для домов на колесах их иногда делают). В описании забыли указать что генератор надо греть и в век повсемесной электрификации проще поставить электромотор. Но в прошлом такой холодильник на дровяной или паровой тяге может найти применение.
Мне кажется у него есть две основных проблемы: во первых это хладагент в виде аммиака который желательно убрать куда нибудь в герметичное и хорошо вентилируемое помещение а значит нужно делать теплообменник. Второе это насколько этот аммиака греется (мне кажется что не очень) и как от него отводить тепло. Для бытового холодильника хватит и радиатора но для промышленного придется делать градиню. Ну и источник тепла но я думаю что попаданец найдет что нибудь что пустить в теплообменник.
Вы имеете ввиду абсорбционно-диффузионные холодильники (аммиак+вода+водород), которые, наверное, у кого-нибудь на даче работают до сих пор, ломаться там практически нечему. В них нужно закачивать водород под давлением около 20 атмосфер, что может быть достаточно проблематично.
Тут похожая конструкция, но принцип работы совершенно другой, и закачивать ничего не надо. Заправить раствором аммиака и жидким изобутаном.
Тепло отводить для более-менее серъезной мощьности лучше всего проточной водой, собственно в оригинальном патенте это и показано.
Водород еще куда ни шло, можно вообразить себе электролизер, скажем в толстостенной медной банке, сообщающийся с системой через трубку с неплотно примыкающей к стенкам длинной медной пробкой, неполностью припаяной к стенкам. По достижению давления в системе, место расположения пробки можно прогреть до расплавления олова и перекрытия сообщения системы холодильника с электролизером. После чего отпилить-отпаять генератор водорода. Давление придется мерять тыча пальцем в небо, по времени, отпущеном на генерацию, но ничего, управимся.
Вот где я буду изобутан брать, ни единой мыслишки, и аммиак — загадка. Нам же не лабораторные количества нужны, там будет система с толстенными трубами серьезных сечений, что задается строго ручным изготовлением и перезакладкой запаса прочности ввиду убогой нестабильной технологии металлообработки, помноженой на дороговизну металлов и полную невозможность зафейлить, инвестор башку отпилит.
Иду по лесу — гляжу, бьет родник изобутановый, а рядом на листьях деревьев роса аммиачная.
Нет, не было в древностях магазина с изобутаном, ей-богу.
Лучше уж искать речку с хорошим перепадом, на ее базе строить компрессор, и без этих химических извращений сделать стационарный холодильник, точнее рефрижиратор, для хранения стратегических запасов мясца на случаи осады и внезапных скачков цены на еду. Там благо можно обойтись простой пайкой, медными трубами, а где-то и глиняные прокатят на этапе создания прототипа. Благо, очень многие развитые суверены располагали замками в горах-предгорьях, где население было плотнее и все дела делались быстрее. Наши пенаты, болотистые и равнинные, позволю напомнить, славились дикостью, малолюдностью и плохой транспортной доступностью.
Вероятно, стоит разъяснить, откуда брать изобутан.
Очнвидно, что любой уважающий себя попаданец внедрит производство спирта (если аборигеныеще не дошли до этого сами), чтобы порадовать себя рюмашкой после праведных трудов, а также для других, не менее полезных применений. При броженти кроме этанола образуются так называемые сивушные масла, от которых в большинствн случаев спирт стоит очищать. Эти сивушные масла представляют собой смесь высших спиртов, в основном изоамилового и изобутилового, и при производстве каждой сотни литров спирта можно ожидать получения пары литров этих в общем то достаточно ценных продуктов.
Чтобв получить изобутан из изобутилового спирта, нужно смешать его с концентрированной соляной кислотой и хлоридом цинка, при этом быстро образуется изобутилхлорид, который в воде не растворяется и легко отделяется отстаиванием. Если же этот изобутилхлорид смешать со спиртом и порошком цинка, и немного покипятить, то образуется изобутан, который останется лишь собрать в хорошо охлажденный приемник.
Кроме холодильников изобутаном, например, можно заправлять газовые зажигалки.
Если же изобутиловый спирт смегать с серной кислотой и покипятить, получается изобутилен, газ с температурой кипения -7 градусов, который тоже может использоваться как хладагент. Вообще из изобутилена достаточно легко получать самые разнообразные ценные продукты, вплоть до каучука, но в этом случае изобутанола из сивухи точно будет недостаточно.
Хорошая статья!
Но как мы знаем — получение аммиака — это очень и очень сложный процесс))
Да, минимально можно выделить из нашатыря (добавить щелочь к соли и нагреть), но вот уловить, закачать…..технологии 19 века.
Не надо тут ничего закачивать, заливается раствор.
Хотя всё равно не самая простая конструкция.
Меня больше напрягает куча труб с очень герметичными соединениями. Если в паровой машине пар откуда то течет это проблема но не смертельная. А тут аммиак под давлением. И ремонт уплотнителя это геморрой потому что придется всю аммонию сливать/выкачивать (пайка?).
Я не думаю что это чудо инженерии будет кому то сильно нужно до конца 19того века. В середине 19ого века обходились натуральным льдом и теплоизоляцией. Wenham Lake Ice Company возила лёд с Восточного Побережья чуть ли не в Индию.
Ну и я плохо представляю где нужен постоянный отвод тепла ниже температуры проточной воды. Все что приходит в голову это центральное кондиционирование для объектов с паровой инфраструктурой. Разве что промышленные морозилки но в 19том веке платежеспособное население ело парное мясо а у остального денег не хватит чтобы сделать морозилку рентабельной. Конечно есть вариант плавучих рефрижераторов, возить аргентинскую говядину в Европу но они должны быть паровыми и идти под паром всю дорогу а это уже конец 19того века.
В три-четыре раза меньше эффективность.
Чем у чего?
К вопросу эффективности рассматриваемого холодильника:
В одной из немногих эксперименальных работ (https://www.thefreelibrary.com/The+Einstein-Szilard+refrigerator%3A+an+experimental+exploration.-a0462045170) оказалось, что при подводимой мощьности в 142 ватта установка дает от 25 до 40 ватт охлаждающей мощьности, т.е. в районе 0.2. Для обычной абсорбционной установки около 0.7, для компрессорной 2-4 (однако тут еще нужно учитывать кпд преобразования тепловой энергии в механическую).
Холодильник Эйнштейна-Сциларда имеет очень низкую эффективность в первую очередь за счет крайне неудачного выбора рабочих веществ — аммиак как вспомогательный газ имеет слишком высокую теплоту растворения в воде, а бутан как рабочее тело — достаточно низкую теплоту испарения.
Всмысле бутан-хладогент? Так тут аммиак идёт через генератор, он охлаждается, он поглашается. А бутан только парциальное давление создаёт (кстати это что?). Или я опять абсорбционно-диффузионные цикл натягиваю на то что им не является.
См. выше <>
Аммиак испаряется из раствора в генераторе (с поглощением тепла), пробулькивается через бутан и поглощается в абсорбере (с выделением тепла). Жидкого аммиака в системе нет. Жидкий бутан испаряется в испарителе (с поглощением тепла) и конденсируется в абсорбере (с выделением тепла). Бутан здесь хладагент.
Поэтому давление в работающей установке 4-5 атмосфер, а не 20, как в случае абсорбционно-диффузионной, где аммиак должен сконденсироваться.
Чем у компрессорной машины с циклом «пар-жидкость».
Для Эйнштейна и Сцирарда конструирование холодильников, похоже, было чем-то вроде хобби, и они запатентовали несколько разных конструкций, из-за чего периодически возникает путаница
https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=http://www.physics.smu.edu/scalise/P3374fa16/EinsteinSzilardRefrigerators.pdf&ved=2ahUKEwiC3YCui8_yAhXvRPEDHXk5A60QFnoECAMQAQ&usg=AOvVaw1uF556zx4FbN0LWQm-V-Lc
http://www.holodilshchik.ru/index_holodilshchik_issue_12_2008_Chill_Einstein_and_Scilard.htm
> В 1686 году сицилианец Франческо Прокопио деи Кольтелли, которого называли просто «Прокоп», открыл кафе на Rue des Fosses Saint-Germain (сегодняшняя Rue de l’Ancienne Comedie) кафе «Прокоп», которое пользовалось популярностью у парижан за счёт того, что в нём продавали замороженные щербеты и мороженое.