フロンなしで行う方法。図面、説明

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フロンを使わない方法。子ども科学実験室

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フロンって知っていますか？この質問を読んだ後、最初に思い出すのは冷蔵庫だと思います。そして、記憶を掘り下げてみると、オゾンホールについて思い出してください。それらの間の関係は直接的です。故障したユニットから漏れるフロンが多ければ多いほど、地球のオゾン層への脅威は大きくなります。しかし、残念ながらフロンの使用を完全にゼロにすることはまだ不可能です。結局のところ、地球上にはXNUMX億台以上の冷蔵庫があります...それにもかかわらず、彼らは急いで不運な物質、つまり冷媒として機能する可能性のあるガスの代替品を探しています。

一方、冷凍機は最も無害で安価な物質である空気を使用することが長い間知られていました。なぜ彼らは忘れ去られてしまうのでしょうか？

フレオンを取り除く方法
ジュールチラー

すべてがそれほど単純ではないことがわかりました。気体が圧縮されると加熱され、膨張すると冷却されることを思い出してください。これら XNUMX つの事実は、ジュールによって提案された方法に従って冷凍機がどのように動作するかを理解するのに十分です。この図は、そのような多くの設計のうちの XNUMX つを示しています。見てください、XNUMXつのクランクにXNUMXつのシリンダーが「植えられ」ています。左側のコンプレッサーは空気を圧縮し、右側は膨張し、圧縮空気から動作します (バルブやスプールなどの詳細は示していません)。

したがって、空気の一部が左側のシリンダー内で圧縮されます。同時に、内部エネルギーが増加し、温度と圧力が増加しました。しかし、寒くなる、つまり周囲の温度よりも低い温度になるためには、空気から内部エネルギーを摂取する必要があります。これを XNUMX つのステップで実行します。まず、空気が熱交換器に送られます。 (この設計では、これはファンによって送風されるチューブです。) ここで、空気は周囲温度に近い温度まで冷却されます。圧力は変化しないことに注意してください。次に、空気の一部が膨張シリンダーに入り、そこで物理的な仕事を行い、周囲の温度よりも低い温度まで冷却されます。冷気は、次のピストンストローク中に冷蔵室に押し込まれます。空気の膨張中に行われる仕事により、圧縮に費やされるエネルギーの一部が返され、機械全体がより経済的になることは明らかです。

すべてがうまくいっているように思えます。ただし、この原理に従って動作する空冷機は、-90℃未満の温度を得るために最も有利に使用されます。家庭用冷蔵庫では、これらの温度は必要ありません。一方、実践が示すように、中程度の寒さを受けた場合、膨張シリンダーは空気の圧縮に費やされたエネルギーのわずかな部分のみを返します。それで、完全に使用をやめてもいいでしょうか？その気になれば、冷凍機は非常に簡素化され、可動部品を含まない装置になります。

これはオプションの 1931 つです。いわゆるボルテックスチューブです。85 年に J. Rank によって設計されました。非常にシンプルに設定されています。空気は左側からポンプで送り込まれ（図を参照）、その結果生じる渦の中で「奇跡」が始まります。その外側部分は加熱されて右に移動し、円錐形のインサートと接触して出てきます。でも全部出てくるわけではありません。空気の約 XNUMX 分の XNUMX が折り返され (流れは XNUMX 層になり)、ますます冷却されて左の冷気分岐管に入ります。温度低下は約XNUMX度に達することもあります。

フレオンを取り除く方法
ボルテックスチューブランカ

解決策は見つかったようですが、残念なことに、ボルテックスチューブのエネルギー消費は容認できないほど高いです。したがって、これらは軽量性と信頼性が最も重要であり、圧縮空気が豊富にある場所、たとえば航空分野でのみ使用されます。

より完璧な脈動パイプ。 1962 年に低温専門家ギフォードによって提案されたこの装置がどのように機能するかは次のとおりです。 XNUMX つのタップがあるパイプを想像してください。その聴覚障害者には熱交換器があります。私たちの場合（図を参照）、これは水が流れるコイルです。上部のバルブを一瞬開けると、空気の一部がパイプに入り、超音速で膨張し始めます。「衝撃波」として知られるこの現象は、通常、ロケットや宇宙技術の開発者のみが興味を持っていましたが、ご覧のとおり、突然、より平凡な用途が発見されました。したがって、パイプ内を伝播する衝撃波は、パイプの前の空気を圧縮します。圧縮により加熱され、過剰な熱が水に放出されます。 XNUMX番目の蛇口を開けると、冷やされた空気が膨張し始め、温度が大幅に下がります。これがその処理のフローチャートです。

フレオンを取り除く方法
ギフォード衝撃波冷凍装置の図

説明したパイプのような最も単純な装置では、作業を不経済にする多くの副作用が発生しました。しかし、解決策が見つかったようです。モスクワの会社「Novid-Ecoholod」は、博士の指導の下で行われたXNUMX年以上の研究の結果として完成しました。 B.G.クズネツォワは、脈動するパイプを非常に高い完成度に仕上げました。最新バージョンでは、これは可変断面のパイプであり、そのすべての寸法と比率は冷却プロセスの最適な流れに完全に対応しています。それらを正しく見つけることができることが、同社の主な秘密です。同様に重要なのは、プロセスを最適に管理するシステムコンポーネントの XNUMX つである回転スプールです。

Novid-Ecoholod 製の空気冷却器は、-60 °C 以下の温度の冷気を噴射できます。これを利用すると、移動コンベア上で製品を急速冷凍するのに特に便利です。

この場合のスピードは利便性だけではありません。ここにも新しい品質があります。生物学者は、非常に急速な冷却が生体組織を破壊しないことに長い間気づいていました。たとえば、小さなトカゲはその後数年経っても生き返ることがあり、自然条件でそのような手順を受けた非常に小さな甲殻類は...千年の眠りの後になんとか目を覚ますことができます！したがって、急速冷凍食品がテーブルの上で新鮮に見えるのも不思議ではありません。会社「Novid-Ecoholod」は、冷蔵庫からマイナス120℃でも問題なく受け取ります。結果は興味深い。

たとえば、肉の枝肉は、装備のないワゴンに最長 XNUMX 日間簡単に保管できます。ワゴンに最も簡単な断熱材が備えられていれば、XNUMX 日すべて保管できます。

他にも利点があります。一般の倉庫や店舗の冷蔵室の壁に数十メートルの氷の金属パイプが張り巡らされ、その中をフロンが循環している様子を誰もが見たことがあるのではないでしょうか。空気冷却器の場合はこの限りではありません。そしてはい、サイズは小さいです。ほぼどこにでも配送して設置できます。機械からの冷気の噴射を任意の場所に向けることができます。たとえば、この図は、畑に広げられた生鮮野菜用のインフレータブル倉庫を示しています。豊作の場合、農産物の最大 80% が畑で枯れることが多いことを考えると、このような設備の利点は特に明白になります。このような装置に対する膨大な需要を考慮して、同社はすでに漁船に魚を急速冷凍するための設備をいくつか建設しました。ちなみに、我が国にはそのような施設が不足しているため、現在、捕獲された魚の最大50％が失われています。

フレオンを取り除く方法
会社「Novid-Ecoholod」の冷凍ユニットは、最も珍しい場所に展開できます

ここで、食品業界に関連した空気冷却器の効率について少しお話します。フロン冷蔵庫の特性として通常与えられるパレードの数値と実際に得られる数値の違いを理解することは、将来の店主や農家にとって役立ちます。問題は、通常、まだ氷の表面で覆われていないきれいなパイプでテストされるということです。このような条件下では、運転の最初の数時間、フロン冷凍機はその卓越した効率を「証明」します。しかし、その後、パイプは霜と氷で覆われます。商品で満たされた冷蔵室を1,5か月間運転すると、「毛皮のコート」の厚さが非常に増加し、エネルギー消費量が2〜XNUMX倍に増加します。

空気冷却器にはそのようなパイプはなく、同様の問題は発生しません。したがって、長期保管の場合、経済性の点では空冷クーラーの追随を許しません。

著者: A.ヴァージン

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