Свежие комментарии

Холодильник Эйнштейна-Силарда

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.

14 комментариев Холодильник Эйнштейна-Силарда

  • molibden

    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.

  • 4eshirkot

    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.

    • MegHuk

      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.

  • MegHuk

    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.

  • 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.

    • dan14444

      Не надо тут ничего закачивать, заливается раствор.
      Хотя всё равно не самая простая конструкция.

    • molibden

      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.

  • Йож

    В три-четыре раза меньше эффективность.

    • molibden

      Чем у чего?

      • 4eshirkot

        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.

        • molibden

          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.

          • 4eshirkot

            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.

  • 4eshirkot

    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.

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>