Как работают "резиновые" и экологичные холодильники будущего

Не так давно группа ученых из Бразилии, Китая и США продемонстрировала прототип холодильника, который использует в работе механизм, принципиально отличающийся от того, на котором основаны все современные охлаждающие приборы. Вместо сжимающего фреон компрессора в нем используются эластичные спирали из металла, полиэтилена или даже резины. Если их скручивать, а затем распрямлять, они вырабатывают холод. О новой технологии рассказал наш обозреватель Николай Гринько.

Фото: depositphotos/AndreyPopov

Люди очень давно выяснили, что низкие температуры позволяют дольше хранить пищу, да и человеческий организм гораздо лучше функционирует, если в сильную жару предоставить ему прохладное помещение. Проблему понижения температуры решали самыми разными способами: рыли глубокие подвалы, строили жилища из массивных каменных блоков, использовали испарение воды. Но все эти методы позволяли понизить температуру всего на несколько градусов. Самый большой холод давал лед, и его запасали в огромных количествах. Лед заготавливали зимой, складируя его в подземные помещения и засыпая опилками – так он хранился достаточно долго. В Америке начала XX века одной из самых распространенных профессий был доставщик льда – бизнес был прибыльным и стабильным, хоть и сезонным. Лед доставляли в банки, больницы, магазины, на заводы, фабрики и, конечно, частным заказчикам.

Казалось, что так будет всегда, но скоро инженер Уиллис Кэрриер изобрел охлаждающее устройство. Кэрриер использовал известный давно эффект: если накачать газ в закрытую емкость, а потом резко сбросить давление, температура емкости понизится. Именно на этом эффекте до сих пор работают все кондиционеры и холодильники: поначалу в качестве хладагента использовался аммиак, но потом его заменили фреонами. Этот принцип позволяет достигать крайне низких температур, и его используют уже целый век. За это время выяснились и недостатки схемы: фреон разрушает озоновый слой Земли, КПД холодильных установок достиг потолка в 60%, и повысить его вряд ли удастся. А кроме того, есть статистика, согласно которой примерно треть всей мировой электроэнергии человечество тратит на охлаждение.

Как ни странно, принцип, на котором основан новый механизм, был открыт целых 200 лет назад: тогда выяснилось, что резиновая лента при растягивании нагревается, но если затем отпустить ее, то температура резины ощутимо понизится. Правда, этот эффект не настолько силен, чтобы на его основе можно было построить настоящий холодильник.

Фото: ncbi.nlm.nih.gov

Два века спустя группа физиков под руководством Рэя Боумана нашла способ значительно повысить эффект охлаждения: для этого эластичный материал нужно не только растягивать, но еще и скручивать. Ученые провели эксперименты, используя нити из самых разных материалов – природного каучука, нейлоновой лески, и даже испытали проволоку из сплава никеля с титаном. Нити скручивали, растягивали, а затем позволяли вернуться в первоначальную форму. Выяснилось, что при раскручивании температура может резко упасть на 20 градусов, при этом КПД такой холодильной установки достигает 67%, что даже немного выше, чем давно достигнутое предельное значение для стандартных компрессоров.

Наиболее перспективным материалом физики посчитали никельтитановую проволоку. В ходе эксперимента ее поместили в воду, скрутили и выпрямили. За этот единственный цикл температура проволоки снизилась на 18 градусов, а температура окружающей воды – почти на восемь.

Есть все основания полагать, что довольно скоро холодильные установки нового типа вытеснят старые системы. Кроме повышенной энергоэффективности, этому есть и другие причины. Во-первых, в работе установки не используется фреон, который наносит ощутимый вред экосистеме нашей планеты. Во-вторых, "резиновый холодильник" не требует герметичности для хранения газа под давлением, что сильно повышает его механическую надежность. А в-третьих, охлаждающие системы смогут взять курс на миниатюризацию: новый принцип работы позволит сделать установку размером буквально с пачку сигарет, что раньше было невозможно из-за конструктивных особенностей привычной системы.

Фото: depositphotos/Shebeko

Что ж, у нас с вами есть реальный шанс увидеть "революцию холодильников". Скорее всего, новая технология придет на смену старой достаточно быстро. Вспомните, с какой скоростью пленочные фотоаппараты сменились цифровыми, а проводные телефоны – сотовыми. Здесь наверняка произойдет то же самое. Единственное, что может помешать этому процессу, – невероятная надежность компрессорных систем. Старые холодильники способны работать десятилетиями без поломок. Наверняка у вас на даче стоит какая-нибудь "Бирюса" или "Юрюзань", которая совершенно точно проработает еще лет 30, а то и 50.

Хотя...