Побутові холодильники без електрики.

 

Холодильник Зисіна

Найбільш часто згадуваний "над'єднувальний" пристрій, який пов'язують з ім'ям В.А.Зисіна - це так званий "холодильник Зисіна". І справді, в авторському свідоцтві СРСР SU 591667 від 5 лютого 1978 р. "Спосіб охолодження робочого тіла", виданому на підставі заявки №2302506 від 22.12.1975 р. (автори: Берман Яків Аронович, Зисін Володимир Аронович, Іванов Борис Євгенович, Марр Юрій Миколайович, Рафалович Олександр Пінхусович, Смєхов Віталій Костянтинович), можна знайти такі слова: "Пропонований спосіб дає змогу значно знизити витрати енергії на привід холодильних установок, <...> аж до створення установок, які працюють без підведення енергії". То що ж, невже багато десятиліть тому в СРСР було створено "самодіючий" холодильник, який з незрозумілих причин досі недоступний "широкій громадськості"?
Конструкція холодильника

В описі винаходу йдеться про те, що він призначений для "охолодження робочих тіл до температури довкілля, початкова температура яких вища за температуру довкілля", тобто від самого початку гаряче робоче тіло, яке надходить до цього холодильника, на виході має нижчу температуру, якщо порівнювати з навколишнім середовищем. Саме цим і визначаються особливості конструкції цього холодильника.

На малюнку показано схему пристрою, ідентичну тій, що міститься в описі винаходу.

Схема "холодильника Зисіна" відповідно до опису винаходу до авторського свідоцтва SU 591667.

Одразу впадає в око, що установка складається з двох майже незалежних частин, а охолодження робочого тіла, яке проходить через неї, здійснюється у два етапи.

Верхня частина, звана в описі "розширювальною", повністю працює за температури, що вища за температуру навколишнього середовища. Насос подає рідкий холодоагент до першого ("гарячого") холодильника, де робоче тіло, що охолоджується, віддає йому значну частину свого тепла, охолоджуючись саме і нагріваючи холодоагент. Гарячий холодоагент, продовжуючи залишатися в рідкому стані за рахунок створеного насосом надлишкового тиску, надходить у детандер, де тиск падає. Унаслідок падіння тиску в детандері він частково випаровується, розширюється, охолоджується і здійснює механічну роботу, приводячи в рух поршень або турбіну детандера. Сепаратор подає рідку частину холодоагенту з детандера безпосередньо на вхід насоса, який відкачує охолоджений холодоагент, забезпечуючи в детандері розрідження, необхідне для часткового випаровування нагрітого холодоагенту. Відокремлені від рідини пари (все ще гарячіші за температуру довкілля) надходять у конденсатор, де додатково охолоджуються, конденсуються і також подаються на вхід насоса.

Нижня частина, названа в описі "холодильною", дійсно є цілком звичайним холодильником, винахідники навіть допускають там заміну детандера дроселем, як у побутових холодильниках. Тут охолодження холодоагенту досягається його розширенням у детандері (або дроселі), потім сепаратор спрямовує пару в компресор на стиснення і подальшу конденсацію, а рідку холодну частину холодоагенту - через насос на остаточне охолодження робочого тіла в другому ("холодному") холодильнику. Дещо нестандартне компонування, ускладнене порівняно зі схемою побутового холодильника (в якому є тільки компресор, а випаровування холодоагенту відбувається безпосередньо в теплообміннику-випарнику), пояснюється можливістю встановлення детандера для отримання додаткової механічної потужності. Однак якщо знехтувати цією відносно невеликою потужністю на користь простоти і надійності і використовувати не детандер, а дросель, то схема нижньої частини цілком може бути ідентична звичайному побутовому холодильнику.

Від себе додам, що, оскільки кожна частина має свій замкнутий цикл переміщення холодоагенту, в них можна використовувати різні холодоагенти, оптимальні для умов роботи відповідної частини установки. Ба більше, залежно від поставленого завдання, можна використовувати ту чи іншу частину окремо, знімаючи надлишок механічної роботи з детандера розширювальної частини або підводячи необхідну додаткову роботу до насоса і компресора холодильної частини.

Про над'одиничність холодильника Зисіна

Чи є в холодильнику Зисіна "надядержинічність"? На малюнку проставлені температури, які також узяті з опису винаходу. Погляньте на них, і багато що стане зрозумілим.

Дійсно, верхня "розширювальна" частина являє собою класичну теплову машину дещо незвичної конструкції. Робочим тілом для неї є холодоагент, нагрівачем слугує теплообмінник, холодильником - конденсатор парів, а детандер перетворює тепло на механічну роботу. З точки зору робочого циклу холодоагенту все відбувається в рамках класичної термодинаміки для теплових машин - механічну роботу забезпечує надлишкове відносно довкілля тепло охолоджуваного робочого тіла (формулювання винахідників, не плутати з холодоагентом!). "Родзинкою" є незвично низький робочий перепад температур - усього лише 70°С, а також аномально низька "гаряча" температура - нижче температури кипіння води. Це істотно (і принципово!) нижче, ніж навіть ті відносно невисокі температури, які необхідні для роботи гідропарової турбіни Зисіна.

Холодильна ж частина з погляду отримання "вільної енергії" не становить жодного інтересу. Навіть детандер там самі автори пропонують замінити дроселем, оскільки наявний температурний перепад, згідно з малюнком, у рази менший, ніж у розширювальній частині (27°C → 20°C проти 90°C → 20°C), отже, і механічної роботи з нього в найкращому разі можна одержати в стільки ж разів менше (а в реальності не буде й того).

Отже, "холодильник Зисіна" являє собою теплову машину, що працює на "викидному" теплі (яке зазвичай не використовується у "великій енергетиці"), яка приводить у дію цілком звичайний холодильник. Тому наведу в повному вигляді те саме формулювання з патенту, виділивши пропущені мною раніше ключові слова: "Пропонований спосіб дає змогу значно знизити витрати енергії на привід холодильних установок, призначених для охолодження робочих тіл із температурою вище за навколишнє середовище, аж до створення установок, що працюють без підведення енергії". Для повної ясності можна б додати: без підведення енергії за винятком надлишкової щодо навколишнього середовища теплової енергії, що міститься в самому охолоджуваному робочому тілі.

Інакше кажучи, "холодильник Зисіна" легко зможе охолодити нижче кімнатної температури щойно закипілий чай. Але якщо цей чай уже охолов до кімнатної температури сам по собі, то без підведення зовнішньої енергії такий холодильник не остудить його навіть на частку градуса! Тим часом коротке формулювання "без підведення енергії" є вичерпним саме для останньої ситуації. На жаль, дива не сталося, втім, автори винаходу його й не обіцяли...

Чи означає це, що "холодильник Зисіна" - спеціалізований винахід, цікавий лише вузькому колу фахівців? За великим рахунком, так. Але якщо у Вас є достатня кількість викидного тепла з перепадом у 60-70°С, яке Ви хотіли б перетворити на механічну роботу (скажімо, крутити генератор), згадайте про розширювальну частину "холодильника Зисіна". Якщо ж Ви хочете використовувати це тепло для обігріву, то в більшості випадків набагато простіше й ефективніше буде подати його безпосередньо в теплообмінник або радіатор опалення!

Проте, холодильник Зисіна дійсно здатний відібрати у попередньо нагрітого "робочого тіла" більше тепла, ніж воно могло б віддати в навколишнє середовище шляхом природного теплообміну, і в цьому сенсі він, безумовно, надєдиний, як, утім, і будь-який тепловий насос, що працює на обігрів! 

Деякий час промисловысть випускала побутові холодильники Зисіна, але не довго. Живе Зисін в Ізраелю http://zyssin.com.