Повышение энергоэффективности холодильных машин посредством использования вихревого эффекта Ранка-Хилша

По мнению одного из самых авторитетных специалистов в области холодильной техники, почетного вице-президента Международного института холода профессора Густава Лорентцена в современных холодильных машинах  общая эффективность редко превышает  25% и самым реальным способом повышения эффективности является снижение потерь на дросселирование {1}.

Начиная с получения первого патента на холодильную машину в 1834 г. и по настоящее время в парокомпрессионных холодильных машинах, которые составляют примерно 95% всех холодильных машин, для понижения температуры хладагента используется исключительно процесс дросселирования. Вихревой эффект Ранка-Хилша был открыт французским инженером Ранком в 1931 г. и до сих пор существует расхожее мнение, он он очень малоэффективен. Вихревой эффект малоэффективен по сравнению с парокомпрессионной холодильной машиной, но он термодинамически более эффективен, чем процесс дросселирования {2}. Во всех многочисленных публикациях во вихревому эффекту также признается его преимущество перед процессом дросселирования {3}.  Логично было его использовать в холодильных машинах. 

В июне 1991г. я при помощи Казанского отделения ВОИР оформил заявку на изобретение на холодильную машину с вихревой трубой и в 1994г. получил патент РФ № 2011935. Конструкцию вихревой трубы я охраняю в режиме «know-how» и до сих пор никто в мире этот секрет не открыл. Я точно знаю 3 российских вуза и 2 зарубежных фирмы, которые работали в этом направлении, но успеха не добились, а про скольких я не знаю. Никто не хочет сообщать о своих неудачах. Я сконструировал вихревую трубу для парокомпрессионных холодильных машин и 20 ноября 1991г. впервые в мире начала успешно работать вихревая труба моей конструкции на аммиачной холодильной установке общей холодопроизводительностью около 3 млн. ккал/час. на АО Холод в г. Казани. Первая вихревая труба была смонтирована перед кожухотрубным рассольным испарителем. Хладагент после регулирующего вентиля поступал в вихревую трубу, где переохлаждался и разделялся на жидкий и паровой потоки. Жидкость после вихревой трубы поступала в испаритель, а пар поступал в паровое пространство циркуляционного ресивера. После включения ее в работу началось значительное снижение температуры рассола, и чтобы не допустить его замерзания был снижен расход аммиака через испаритель. Вторая вихревая труба была смонтирована на этом же предприятии перед циркуляционным ресивером. Аммиак после регулирующего вентиля поступал в вихревую трубу, после которой жидкость поступала в жидкостную часть циркуляционного ресивера, а пар поступал в паровое пространство циркуляционного ресивера. Установленная таким образом вихревая труба устранила вибрацию циркуляционного ресивера и стабилизировала уровень жидкого аммиака в циркуляционном ресивере, что исключило кавитацию в аммиачном насосе и исключило срывы в его работе. Всего на этом предприятии в конце 1991г. было смонтировано 4 вихревых трубы, которые успешно проработали 24 года, вплоть до ликвидации предприятия. В начале 1992г. 2 вихревые трубы были смонтированы на Казанском мясокомбинате перед циркуляционными ресиверами и успешно проработали лет 6 до внедрения фреоновых машин. 7 по счету вихревая труба была смонтирована в феврале 1992г. на Казанской маслосырбазе на аммиачной холодильной машине МКТ-220 перед рассольным испарителем. Жидкость после вихревой трубы направлялась в рассольный испаритель, а пар шел на всасывание компрессора, что дало значительное увеличение холодопроизводительности. Некоторые вихревые трубы имели недостаточную пропускную способность, что не снижало их преимуществ перед дросселированием и работали при полностью открытом регулирующем вентиле. С начальником компрессорного цеха маслосырбазы было решено, что я за лето доработаю конструкцию вихревых труб с целью увеличения их производительности и осенью смонтируем 2 вихревые трубы на аналогичных машинах. В этом цехе на машине МКТ-220 было очень наглядно увидеть достоинства вихревой трубы. Вихревая труба позволила снизить давление конденсации, температуру нагнетания, давление и температуру кипения и температуру рассола без увеличения потребляемой мощности. Все это происходило благодаря тому, что пар из вихревой трубы поступал на всасывание компрессора, повышалось давление всасывания, снижалась степень сжатия в компрессоре, снижалась температура и давление конденсации, что приводила к снижению количества балластного пара и увеличению удельной холодопроизводительности, следовательно, к возможности работать с меньшим количеством хладагента в системе. Использование вихревой трубы позволило уменьшить количество аммиака в машине примерно на 40%. Вихревая труба располагалась вертикально, жидкий аммиак уходил в испаритель из нижней части вихревой трубы, а пар уходил из верхней и таким образом происходило переохлаждение жидкого аммиака перед испарителем. Поскольку вихревая труба монтировалась параллельно старому регулирующему вентилю, то можно было работать как по старой схеме, так и по схеме с вихревой трубой, что позволяло убедиться в достоинствах вихревой трубы. Вихревая труба для всех машин имела форму цилиндра с диаметром 65 мм и высотой 220 мм, материал Ст3. Работает бесшумно, температура выходящей из вихревой трубы жидкости равна температуре выходящего пара. Весной 1992г. еще одна вихревая труба была смонтирована в пригороде Казани, но проработала недолго, т.к. началась реконструкция и рабочие отказались вновь монтировать вихревую трубу, т.к. им не заплатили за монтаж.

При проектировании вихревой трубы я использовал материалы замечательной книги {3}, но с учетом опыта работы решил отойти от некоторых рекомендаций и спроектировал вихревые трубы на свое усмотрение. Для увеличения производительности вихревой трубы я решил все таки полностью использовать рекомендации книги{3} и в ноябре 1992г. смонтировать 2 вихревые трубы с большей, как мне казалось, производительностью.

В августе 1992г. я обратился в московский вуз с предложением о совместной коммерциализации моего предложения, но взамен получил предложение готовить и защищать там кандидатскую диссертацию, но я от этого предложения отказался. В ходе беседы я передал некоторые материалы исследований сотрудникам кафедры, в том числе и некоторые размеры доработанной конструкции вихревой трубы, которые не были еще испытаны, и как потом выяснилось, невольно ввел их в заблуждение, поскольку эта конструкция оказалась неработоспособной. С тех пор я никому и никогда не передавал, даже частично, размеры вихревой трубы. То, что новая конструкция неработоспособна выяснилось в ноябре 1992г. после пуска в эксплуатацию 2 новых труб. Новые вихревые трубы не отделяли пар от жидкости, жидкость начала поступать на всасывание компрессора и от использования 2 новых вихревых труб пришлось отказаться. Впоследствие начальник компрессорного цеха «подарил» одну неработоспособную вихревую трубу каким-то влиятельным людям, те провели испытания и убедились в ее неработоспособности, после чего в определенных кругах, возможно, стали считать меня каким то аферистом, хотя 7 ранее смонтированных труб работали успешно.

Я думал, что в вузе, в который я обращался воспользуются моими рекомендациями, но этого не произошло, и только спустя 25 лет там решили испытать вихревую трубу, возможно, используя мои рекомендации, но, видимо, положительного результата не получили, и, возможно, считают меня нечестным человеком. Я всех убеждаю, что нельзя ничего делать без разрешения автора изобретения, потому что это грех, и бог наказывает всех, кто грешит, таким образом, что лишает их разума, т.е. не дает возможности воплотить в жизнь без разрешения чужое изобретение. Я иначе не могу объяснить тот факт, что никому в мире не удается меня скопировать уже 34 года.

С января 1992г. я начал работать над использованием вихревой трубы в бытовом двухкамерном холодильнике Мир с хладагентом R-12 на заводе ПОЗИС в пригороде Казани. Размер цилиндрической вихревой трубы составлял 12 мм в диаметре и 40мм в высоту. В мае 1992г. холодильник с вихревой трубой стабильно работал в новом режиме. Время выхода на цикличный режим работы составило 10 часов вместо 24 часов при работе обычного серийного холодильника, а количество хладагента в холодильнике сократилось на 40%, но при цикличной работе холодильника сократилось время стоянки компрессора, что не давало возможности получить приемлимый уровень расхода электроэнергии. Я нашел путь решения этой проблемы, но ПОЗИС отказался заключать со мной договор и оплачивать мои расходы. Я 10 месяцев работал за свой счет, поэтому прекратил все работы. Впоследствие ПОЗИС дискредитировал мою разработку, что снижало мои шансы на ее продвижение.

В сентябре 1996г. по приглашению итальянского филиала американской компании Whirlpool я начал работать с бытовым холодильником с вихревой трубой в их лаборатории, но я не открывал все секреты и называл свой аппарат сепаратором пара—vapor separator. В процессе работы я рассказал, что использую вихревой эффект, и оказалось, что итальянские инженеры впервые от меня услышали о нем и в вузе им о нем не рассказывали. Впоследствие я пришел к выводу, что за рубежом вихревой эффект нигде не преподают. Были получены хорошие результаты, нужно было доработать холодильник до нужных кондиций, для чего необходимо было получить финансирование, но головная компания в США отказала в выделении средств, сославшись на то, что не доверяет российским инженерам.

В 1998 г. я получил согласие немецкой фирмы Bosch-Siemens на проведение работ по внедрению сепаратора пара, вихревой трубы, в их лаборатории, но неожиданно они отказались от этой темы. У меня создалось впечатление, что они догадались, что в сепараторе пара используется вихревой эффект и решили без меня это все сделать, но ничего у них не получилось.

В июне 2004г. на мое предложение о сотрудничестве откликнулся ЗАО АТЛАНТ, но прислал проект договора по которому я должен был все сделать бесплатно и на этом все прекратилось. В 2004г. я получил грант по программе СТАРТ от Фонда содействия инновациям на проведение работ с вихревой трубой и создал малое предприятие ООО ВИТ. В частности, была создана модель малой холодильной машины с вихревой трубой на базе оконного кондиционера, на которой за счет системы запорных вентилей можно было работать как по стандартной схеме, так и по схеме с вихревой трубой. Я всегда работал сначала по стандартной схеме, а затем по схеме с вихревой трубой, но однажды почему то работал сначала по системе с вихревой трубой, а затем по стандартной схеме и получил результат не очень убедительный. Произошло это во время показа директору одной солидной фирмы и он от сотрудничества отказался. Позднее я понял, что во время работы вихревой трубы в испарителе создается запас хладагента с низким содержанием пара, и чтобы вернуться к стандартному содержанию пара необходимо проработать 2-3 цикла в стандартном режиме. Увеличение холодопроизводительности при работе с вихревой трубой составило 50% и очень наглядно демонстрировалось. Мой эксперт от Фонда эти данные неоднократно проверил и дал разрешение на демонстрацию кондиционера, в частности, на Пятом Московском международном салоне инноваций и инвестиций в феврале 2005г., чем я и воспользовался.

В мае 2005г. я обратился в испытательную лабораторию Кембриджа с предложением провести там испытания моего кондиционера, получил очень выгодное предложение, но средств на проведение работ не нашел и вынужден был отказаться. В то время в Фонде не выделяли средств на проведение испытаний, позже это правило отменили.

С моей стороны неоднократно предпринимались попытки сотрудничества с различными фирмами по производству и монтажу холодильной техники, но безуспешно. Инвесторы также не хотели вкладываться в мой проект, т.к. понимали невозможность убедить предприятия в использовании моей технологии, но я постоянно ищу пути прорыва.

Из данной статьи следует сделать вывод, что вихревые трубы моей конструкции доказали высокую энергоэффективность и подлежат широкому применению в холодильных устройствах начиная от бытовых холодильников и кондиционеров и до химических производств, особенно с учетов Кигалийских поправок, подписанных Президентом России В.В.Путиным. Очевидно, что их конструкция требует доработки, но с учетом моего опыта работы это не составит большого труда и затрат. В предыдущей статье я рассказывал о способе увеличения энергоэффективности холодильных машин путем перепуска малого количества хладагента с высокой стороны холодильной машины на низкую. Полагаю, что совместное использование этого способа с вихревой трубой должно принести значительное увеличение энергоэффективности холодильных машин.