Абсорбционный холодильник

Холодильник — крайне нужная вешь для попаданца в теплых краях, где невозможно использование природных низких температур и запасание льда на лето. Попаданческий холодильник, вероятно, наиболее просто реализовать на основе цикла испарение — абсорбция. Здесь будут расмотренны несколько конструкций абсорбционных холодильных устройств периодического действия как наиболее простых и легко воспроизводимых даже попаданцем.

Первое практически применимое устройство, позволяющее замораживать воду за счет испарения, было сконструированно французским инженерои Эдмундом Карре в 1850 г. Устройство включало графин с замораживаемой водой, резервуар из сплава свинца с сурьмой, в который помещалась концентрированная серная кислота, и поршневой насос.

Откачка воздуха насосом и абсорбция паров воды серной кислотой приводила к быстрому испарению воды из графина и ее замораживанию. Для получения 350 г льда требовалось менее 10 минут, причем абсорбционной спосодюбности 2.5 кг кислоты хватало на 15-20 замораживаний, после чего кислоту следовало регенерировать упариваниеи или просто заменить.
Несмотря на использование концентрированной кислоты, подобные аппараты пользовались достаточно большой популярностью, и производились до 40-х годов XX в.

Брат Эдмонда — Филлип Карре — в 1858 г. разработал абсорбционную установку, в которой был применен закрытый цикл испарения-абсорбции, в качестве рабочего тела использовался аммиак, обладающий низкой температурой кипения и высокой теплотой испарения, а в качестве абсорбента — вода. Устройство аппарата достаточно простое — два клепанных сосуда из котельного железа соединены трубкой.

В первом сосуде находится концентрированный раствор аммиака, при нагревании которого аммиак испаряется и конденсируется во втором сосуде, охлаждаемом водой. Затем нагрев прекращается, и первый сосуд, в котором остается слабый раствор аммиака, помещается в холоднуб воду, что вызывает абсорбцию аммиака и его активное испарение во втором сосуде, за счет чего происходит замораживание воды — около 2 кг — в жестяной форме. 1 кг угля, потраченный на нагреванме аммиачного раствора, позволял заморозить около 5 кг льда. В дальнейшем конструкция была усовершенствована добавлением свистка, сигнализирующего о готовности аппарата, и клапанов и трубки, ускоряющих аьсорбцию газа в воде.

В таком виде холодильная установка выпускалась в начале XX в под названием IceBall, и пользовалась огромной популярностью у кемперов в США. Каждое утро IceBall регенерировали, на что требовалось около 150 мл керосина, а затем помещали шар-испаритель в теплоизолированный ящик, в котором поддерживалась низкая температура до следующего утро (был даже предусмотрен лоток для заморозки кубиков льда).

Простота и надежность подобных устройств для попаданца очень привлекательны, и изготовленные около 100 лет назад сохранившиеся экземпляры работоспособны и сегоднч, единственная проблена — в изготовлении сосудов, способных выдержать давление около 15-17 атмосфер, при котором происходит конденсация аммиака.
Использование в подобном аппарате воды как рабочего тела позволяет обойтись без прочных сосудрв, при этом в качестве абсорбента целесообразно применять гигроскопичные вещества вроде гидроксида калия, хлорида цинка, бромида лития и т.д. Пример подобного устройства — аппарат «Minimax», в котором использовался хлорид цинка.

Нагрев раствора хлористого цинка приводит к испарению воды и ее конденсации во втором отделении. Затем нагрев прекращается, сосуд с хлористым цинком охлажлается, за счет чего происходит абсорбция паров воды (для ускорения абсорбции левый сосуд содержит перегородки и приводится во вращение), понижение давления и испарение воды в правой части. Произволительность такого аппарата составляла около 3 кг льда за один цикл. Наверное, именно такую конструкцию и следует вщять ща основу попаданца.

24 комментария Абсорбционный холодильник

  • 4eshirkot

    Ошибка — не Филлип, а Фердинанд Карре.
    Машинка Эдмонда
    https://as2.ftcdn.net/jpg/00/53/05/59/500_F_53055944_GZD7qCqatMCZRwOcS4KpOvd7oJtPbcXh.jpg

  • dmshum

    На мой взгляд самыми доступными будут для попаданца поглотители или из сульфатов (магния, кальция, железа, меди) или из кальцинированной соды.

    • 4eshirkot

      В каждом случае нужно рассматривать давление паров над конкретным поглотителе при 10-20 градусах, оно должно быть меньше 4.5 мм рт ст, т.е. давления паров воды надо льдом.
      При этом вода должна обратимо испаряться из поглотителя при нагревании и быстро поглощаться при охлаждении.

  • Georgy

    Можно ли использовать CaO как поглотитель паров воды?

    • 4eshirkot

      Можно, не особо практично. Во-первых, поглощение воды будет практически необратимым, и каждый раз свежую известь нужно засыпать. Во-вторых, скорость поглощения воды сильно меньше. В-третьиз, все равно насос для откачки воздуха нужен.

  • dan14444

    Где-то тут обсуждались абсорбционники, чуть ли не статья была… Картинки — точно были в количестве. Надо бы совместить.

  • Ruslan Semenov

    Большое спасибо, очень интересно.

  • Octopus

    А не проще ли сделать компрессионный холодильник на воздухе? Не надо возится с химией. Чистая механика — насос, радиатор на выходе холодный воздух.
    https://forany.xyz/a-838

    • 4eshirkot

      Если чисто на расширении — 10 атмосфер при расширении др 1 атмосферы дают понижение температуры примерно в 2 градуса. Не очень, так ведь?
      Если собрать работоспособный детандер (что не просто), то 20 градусов в идеальном случае.
      Имея технические возможности для сборки насосов на 20-30 атмосфер, нужно компрессионные холодильники с конденсацией и испарением рассматривать.
      Да и то, абсорбционный холодильник (непрерывного действия, коиорые тут не рассматривались), имеющий кпд в 5 раз меньше, чем компрессионный, все же долгое время был эффективнее, так как использовал энергию в виде тепла, а компрессионный — механическую, которая из топлива с тем же кпд в 10-20% получалась.
      Тут же рассматривались простейшие конструкции, котопые можно пытаться до XIX в внедрять.

  • 4eshirkot

    Кроме аБсорбции для холодильника вполне применима аДсорбция. Адсорбентами могут служить силикагель, цеолиты или активированный уголь, рабочей жидкостью — вода или спирты.
    Вот тут https://www.google.com/url?q=http://www.eng.uc.edu/~beaucag/Classes/SolarPowerForAfrica/Homeworks/Homework%25203/Paper%2520on%2520Methanol%253ACarbon%2520Absorption%2520Refrigerator.pdf&sa=U&ved=2ahUKEwiC3M28vvfsAhUOmYsKHXrhD1YQFjAKegQIAhAB&usg=AOvVaw2CfovlStcwpI-SVFvtxiHD пример солнечного холодильника. Солнечный коллектор чуть меньше 1 кв.м. загружен 17 кг активированного угля, на котором происходит сорбция-десорбция метанола. В услоаиях 25 градусов днем и 5-10 ночью при ясной погоде производительность 4-5 кг льда в день.

  • Могу навскидку предложить более простую и дешевую идею холодильника (чур часть денег мне):
    Берем вещество, имеющее эндотермическую реакцию сольватации (поглощает тепло при растворении) и его помещаем в сосуд с выемкой. Наливаем воду и в сосуд и в выемку — через некоторое время получаем раствор в сосуде и лёд в выемке.
    Навскидку — нитрат аммония. Но по таблицам можно и еще чего подобрать.

    регенерация проста — выпариваем воду из раствора)

    • Емнип растворение селитры в воде для охлаждения емкости с виной использовали еще минимум римляне.

      Проблема по сравнению с IceBall, насколько я понимаю, в низкой энергии — порядка сотни кдж на кг, учитывая массу воды, в одноступенчатой установке трудно сделать заметное количество льда.

    • 4eshirkot

      Уже обсуждали
      https://www.popadancev.net/potash/comment-page-1/#comment-153358
      На 1 кг льда нужно почти 6 кг аммиачной селитры.
      И по топливу для регенерации затратно — 1 кг угля для производства максимум 2 кг льда. Абсорбционный холодильник простейшей конструкции даст с 1 кг угля уже 5-6 кг льда.

  • vashu1

    Nocturnal ice making
    // In India before the invention of artificial refrigeration technology, ice making by nocturnal cooling was common. The apparatus consisted of a shallow ceramic tray with a thin layer of water, placed outdoors with a clear exposure to the night sky. The bottom and sides were insulated with a thick layer of hay. On a clear night the water would lose heat by radiation upwards. Provided the air was calm and not too far above freezing, heat gain from the surrounding air by convection was low enough to allow the water to freeze.[5][6] A similar technique was used in Iran.[7]

    +
    https://www.fieldstudyoftheworld.com/persian-ice-house-how-make-ice-desert/

Leave a Reply

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>