Вихревой холодильник

Без сомнения, наличие холодильника может принести попаданцу хорошие бонусы, подняв его репутацию у аборигенов. Вполне возможно, что например, за престижную возможность жарким летом предложить своим гостям эксклюзивного ванильного мороженого, местные шишки будут готовы как минимум хорошо заплатить. Все помнят забавную сцену из фильма «Назад в будущее», где Док Браун на жарком и пустынном Диком Западе изготовляет крошечные кусочки льда для виски с помощью громадного парового агрегата. Несмотря на весь комизм, на самом деле авторы здесь очень недалеки от истины — все технологически доступные попаданцу агрегаты будут отличаться изрядными размерами, невысокой производительностью и частыми поломками…

Однако, располагая
водоструйным компрессором
с давлением в несколько атмосфер, наш попаданец легко может построить простой и компактный вихревой холодильник, способный как охлаждать большие объемы воздуха, так и поддерживать почти криогенную температуру в небольшом замкнутом объеме. Относительно доступных альтернатив такое устройство обладает неоспоримыми преимуществами. Это достойный (по крайней мере, по сравнению с альтернативами) КПД и холодопроизводительность, относительная простота изготовления и дешевизна. Кроме того, такой холодильник, включая и компрессор, не имеет ни единой движущейся детали — там просто нечему ломаться и капризничать! Единственный минус — сильный шум. Но этот недостаток легко исправить, поместив холодильник в глубокий подвал и снабдив звукоизоляцией.

Cхема устройства также довольно проста — она содержит
водоструйный компрессор
, который одновременно служит источником вакуума и высокого давления, а также предварительным охладителем и осушителем воздуха перед подачей во второй каскад, две
вихревых трубы
, теплообменники и один клапан.

Как нетрудно догадаться, холодильник двухкаскадный.

На первом каскаде не важна сильная разница температур, а больше интересна максимальная холодопроизводительность. Поэтому здесь применена двойная вакуумируемая труба со стопроцентной долей холодного потока. Она присоединяется к всасывающему воздухозаборнику компрессора и питается через многосопловые вводы от атмосферы. Холодильные вихревые трубы довольно чувствительны к влажности рабочего воздуха (высокая влажность из-за выделяемого при фазовых превращениях воды тепла отнимает несколько процентов КПД). Вакуумируемые ВТ, в которых поток не сжат, а наоборот, особенно эффективны в качестве холодильника.

Предположим, что окружающий воздух имеет температуру  в 30-35°C, а вода в речке градусов 20°C. На вход первой трубы воздух можно подавать через противоточный водяной теплообменник, после которого он будет охлажден до 20-25°C. На выходе же с первого каскада весь воздух будет иметь либо слабую плюсовую, либо уже примерно нулевую температуру. Тепло горячего потока этой трубы поглощается охлаждающей водяной рубашкой. Используется поток воздуха с этого каскада в первом из двух воздушных противоточных теплообменников, для предварительного охлаждения сжатого потока, который подается из компрессора на второй каскад.

Нагревшийся в теплообменнике поток от первой трубы подается на вход компрессора, где он сжимается и осушается с одновременным поглощением тепла сжатия и конденсации водой. Сжатый поток охлаждается в этом самом теплообменнике от холодного потока первого каскада почти до 0°C, затем еще ниже во втором теплообменнике от отработанного потока из холодильной камеры, и подается на вход второй трубы.

На втором каскаде уже не получится применить охлаждаемую трубу — наружная вода будет теплее горячего потока.

Поэтому здесь применяется обычная адиабатная труба, работающая на избыточном давлении примерно в 3 атмосферы с выхода компрессора.

У этой трубы три режима работы.

Первый режим предназначен для максимально быстрого охлаждения холодильной камеры от исходной плюсовой температуры. Доля холодного потока в таком режиме составляет примерно 60%, температура -15…-20°C.

Второй режим предназначен для более глубокой заморозки. Доля холодного потока в нем составляет примерно 30%. Именно при таком соотношении на холодном конце получается самая низкая температура -30…-40°C.

Эти два режима выставляются заслонкой на горячем конце трубы.

И наконец, третий режим, предназначенный для термостатирования уже хорошо замороженных небольших объектов. В этом режиме к потребителю подается только в районе 3% от общего потока, которые отдельно выводятся из самого центра холодного и имеют очень низкую температуру — до -60°C. Этот режим переключается клапаном смешения центральной и боковой частей холодного потока.

Горячий поток с противоположного конца трубы подается в воздушный эжектор, где он дополнительно подсасывает холодный поток, проходящий через  холодильную камеру и теплообменник, ускоряя в них теплообмен.

Конечно, подобный холодильник может работать только на относительно небольшой объем — целый подвал или ледник им на жаре быстро не заморозить. Но вот поддерживать в таком подвале температуру, аналогичную современным бытовым холодильникам, при которой долго хранятся продукты — запросто.

А при более глубокой заморозке хорошо теплоизолированной камеры уже становится доступным изготовление того же мороженого и технологические шаги производства, требующие обработки холодом.

И еще один плюс такого холодильника — его не надо размораживать и чистить ото льда. В нем почти не будет наледи, потому что охлаждающий поток очень сухой.