Холодильник Зысина

Наиболее часто упоминаемое «сверхъединичное» устройство, связываемое с именем В.А.Зысина — это так называемый «холодильник Зысина». И действительно, в авторском свидетельстве СССР SU 591667 от 5 февраля 1978 г. «Способ охлаждения рабочего тела», выданном на основании заявки №2302506 от 22.12.1975 (авторы: Берман Яков Аронович, Зысин Владимир Аронович, Иванов Борис Евгеньевич, Марр Юрий Николаевич, Рафалович Александр Пинхусович, Смехов Виталий Константинович), можно найти такие слова: «Предлагаемый способ позволяет значительно снизить затраты энергии на привод холодильных установок, <...> вплоть до создания установок, работающих без подвода энергии». Так что же, неужели много десятилетий назад в СССР был создан «самодействующий» холодильник, который по непонятным причинам до сих пор недоступен «широкой общественности»?

Конструкция холодильника
О сверхъединичности холодильника Зысина

Конструкция холодильника

В описании изобретения говорится, что оно предназначено для «охлаждения рабочих тел до температуры окружающей среды, начальная температура которых выше температуры окружающей среды», т.е. изначально горячее рабочее тело, поступающее в этот холодильник, на выходе имеет более низкую температуру по сравнению с окружающей средой. Именно этим и определяются особенности конструкции этого холодильника.

На рисунке показана схема устройства, идентичная содержащейся в описании изобретения.

Cхема «холодильника Зысина» в соответствии с описанием изобретения к авторскому свидетельству SU 591667.

Сразу бросается в глаза, что установка состоит из двух почти независимых частей, а охлаждение проходящего через неё рабочего тела осуществляется в два этапа.

Верхняя часть, называемая в описании «расширительной», полностью работает при температуре выше температуры окружающей среды. Насос подаёт жидкий хладагент в первый («горячий») холодильник, где охлаждаемое рабочее тело отдаёт ему значительную часть своего тепла, охлаждаясь само и нагревая хладагент. Горячий хладагент, продолжая оставаться в жидком состоянии за счёт созданного насосом избыточного давления, поступает в детандер, где давление падает. В результате падения давления в детандере он частично испаряется, расширяется, охлаждается и совершает механическую работу, приводя в движение поршень или турбину детандера. Сепаратор подаёт жидкую часть хладагента из детандера непосредственно на вход насоса, который откачивает охлаждённый хладагент, обспечивая в детандере разрежение, необходимое для частичного испарения нагретого хладагента. Отделённые от жидкости пары (всё ещё более горячие, чем температура окружающей среды) поступают в конденсатор, где дополнительно охлаждаются, конденсируются и также подаются на вход насоса.

Нижняя часть, названная в описании «холодильной», действительно представляет собой вполне обычный холодильник, изобретатели даже допускают там замену детандера дросселем, как в бытовых холодильниках. Тут охлаждение хладагента достигается его расширением в детандере (или дросселе), затем сепаратор направляет пар в компрессор на сжатие и последующую конденсацию, а жидкую холодную часть хладагента — через насос на окончательное охлаждение рабочего тела во втором («холодном») холодильнике. Несколько нестандартная компоновка, усложнённая по сравнению со схемой бытового холодильника (в котором есть только компрессор, а испарение хладагента происходит непосредственно в теплообменнике-испарителе), объясняется возможностью установки детандера для получения дополнительной механической мощности. Однако если пренебречь этой относительно небольшой мощностью в пользу простоты и надёжности и использовать не детандер, а дроссель, то схема нижней части вполне может быть идентична обычному бытовому холодильнику.

От себя добавлю, что, поскольку каждая часть имеет свой замкнутый цикл перемещения хладагента, в них можно использовать разные хладагенты, оптимальные для условий работы соответствующей части установки. Более того, в зависимости от стоящей задачи, можно использовать ту или иную часть по отдельности, снимая избыток механической работы с детандера расширительной части или подводя необходимую дополнительную работу к насосу и компрессору холодильной части.

О сверхъединичности холодильника Зысина

Есть ли в холодильнике Зысина «сверхъединичность»? На рисунке проставлены температуры, которые также взяты из описания изобретения. Взгляните на них, и многое станет ясно.

Действительно, верхняя «расширительная» часть представляет собой классическую тепловую машину несколько непривычной конструкции. Рабочим телом для неё является хладагент, нагревателем служит теплобменник, холодильником — конденсатор паров, а детандер превращает тепло в механичесую работу. С точки зрения рабочего цикла хладагента всё происходит в рамках классической термодинамики для тепловых машин — механическую работу обеспечивает избыточное относительно окружающей среды тепло охлаждаемого рабочего тела (формулировка изобретателей, не путать с хладагентом!). «Изюминкой» является необычно низкий рабочий перепад температур — всего лишь 70°С, а также аномально низкая «горячая» температура — ниже температуры кипения воды. Это существенно (и принципиально!) ниже, чем даже те относительно невысокие температуры, которые необходимы для работы гидропаровой турбины Зысина.

Холодильная же часть с точки зрения получения «свободной энергии» не представляет никакого интереса. Даже детандер там сами авторы предлагают заменить дросселем, поскольку располагаемый температурный перепад в соответствии с рисунком в разы меньше, чем в расширительной части (27°C → 20°C против 90°C → 20°C), стало быть и механической работы с него в самом лучшем случае можно получить во столько же раз меньше (а в реальности не будет и того).

Итак, «холодильник Зысина» представляет собой тепловую машину, работающую на «бросовом» тепле (обычно не используемом в «большой энергетике»), которая приводит в действие вполне обычный холодильник. Поэтому приведу в полном виде ту самую формулировку из патента, выделив пропущенные мною ранее ключевые слова: «Предлагаемый способ позволяет значительно снизить затраты энергии на привод холодильных установок, предназначенных для охлаждения рабочих тел с температурой выше окружающей среды, вплоть до создания установок, работающих без подвода энергии». Для полной ясности можно бы добавить: без подвода энергии за исключением избыточной относительно окружающей среды тепловой энергии, содержащейся в самом охлаждаемом рабочем теле.

Другими словами, «холодильник Зысина» легко сможет охладить ниже комнатной температуры только что вскипевший чай. Но если этот чай уже остыл до комнатной температуры сам по себе, то без подвода внешней энергии такой холодильник не остудит его даже на долю градуса! Между тем краткая формулировка «без подвода энергии» является исчерпывающей именно для последней ситуации. К сожалению, чуда не произошло, впрочем, авторы изобретения его и не обещали...

Значит ли это, что «холодильник Зысина» — специализированние изобретение, интересное лишь узкому кругу специалистов? По большому счёту, да. Но если у Вас есть достаточное количество бросового тепла с перепадом в 60—70°С, которое Вы хотели бы преобразовать в механическую работу (скажем, крутить генератор), вспомните о расширительной части «холодильника Зысина». Если же Вы хотите использовать это тепло для обогрева, то в большинстве случаев гораздо проще и эффективнее будет подать его непосредственно в теплообменник или радиатор отопления!

Тем не менее, холодильник Зысина действительно способен отобрать у предварительно нагретого «рабочего тела» больше тепла, чем оно могло бы отдать в окружающую среду путём естественного теплообмена, и в этом смысле он, безусловно, сверхъединичен, как, впрочем, и любой тепловой насос, работающий на обогрев! ♦