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.
Ошибка — не Филлип, а Фердинанд Карре.
Машинка Эдмонда
https://as2.ftcdn.net/jpg/00/53/05/59/500_F_53055944_GZD7qCqatMCZRwOcS4KpOvd7oJtPbcXh.jpg
Машинка Фердинанда Карре
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/22/Brockhaus_and_Efron_Encyclopedic_Dictionary_b33_479-1.jpg
На мой взгляд самыми доступными будут для попаданца поглотители или из сульфатов (магния, кальция, железа, меди) или из кальцинированной соды.
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.
Можно ли использовать CaO как поглотитель паров воды?
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.
Где-то тут обсуждались абсорбционники, чуть ли не статья была… Картинки — точно были в количестве. Надо бы совместить.
В статье по стилсьюту вроде только обсуждались.
Большое спасибо, очень интересно.
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
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.
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.
https://mpei.ru/diss/Lists/FilesDissertations/120-%D0%94%D0%B8%D1%81%D1%81%D0%B5%D1%80%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F.pdf
На ту же тему.
А вообще очень перспективно. И достаточно просто. Эффект на уровне фурановых смол по-моему.
https://ru.wikihow.com/%D1%81%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B0%D1%82%D1%8C-%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D1%83%D0%B3%D0%BE%D0%BB%D1%8C
Получение активированного угля. Здесь уже была статья на эту тему. Но здесь более простой метод и вместо хлорида цинка и фосфорной кислоты предлагают хлорид кальция или даже лимонную кислоту. Это сработает? ))) Если сработает, в принципе как и для фурфурола нет никаких технологических ограничений для создания холодильника в любую историческую эпоху.
Лимонный сок — вряд ли, но хлорид кальция используется, но там как и с хлористым цинком далеко не просто прокипятить нужно, а прокалить при 450 гр.
Серная кислота тоже для активации используется.
Замечу, что ту же схему можно для конденсации атмосферной воды использовать. Как напрямую, так и с спиртовым каскадом охлаждения.
тут пишут про первоизобретателя — Джон Горри https://zen.yandex.ru/media/todaystory/korabliholodilniki-miaso-v-kajdyi-dom—02021880g-5a74fd3b79885e4f68d42d37
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.
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.