Бродянский В.М. От твердой воды до жидкого гелия (история холода)

Абсорбционная установка Ф.Карре
периодического действия

Основная заслуга в создании абсорбционных холодильных установок, в главных чертах существенно не отличающихся от современных, принадлежит все же Фердинанду Карре, о котором уже упоминалось в начале главы. Он был, как и другие, самые выдающиеся его современники, многосторонним инженером-универсалом, знакомым с теплотехникой, металлургией и даже с нарождавшейся тогда электротехникой. В то же время он получил и хорошую научную подготовку, сочетавшуюся с производственным опытом. Таким образом, Карре соединял в себе все качества, необходимые для того, чтобы творчески подойти ко всему, что было накоплено до него, свести это воедино, смело исключить тупиковые идеи и начать новое направление холодильной техники.

Начал он с усовершенствования парокомпрессионных установок, что дало, несомненно, толчок к созданию абсорбционных холодильных установок непрерывного действия, а не периодического, как было прежде. В 1859 г. Ф. Карре получил основополагающий патент на водоаммиачную абсорбционную установку. Он безоговорочно (и как показала впоследствии практика - правильно) отказался от серной кислоты и всех других, ранее предлагавшихся абсорбентов. Опираясь на свойства смеси NН₃ и Н₂О, он предусмотрел все возможные варианты ее использования. Не довольствуясь этим, Карре до 1862 г. получил еще 14 (!) патентов на различные усовершенствования общей схемы, а также конструкций аппаратов, машин, арматуры и приборов. В этом блоке патентов содержалось, по существу, все, что определило развитие как водоаммиачных, так и других абсорбционных холодильных установок по крайней мере на полвека вперед.

Следует также отметить изобретенные им оребренные трубки для теплообменников, а также компрессоры и вентили с эластичными мембранами. Эти изобретения впоследствии вошли в арсенал не только всей низкотемпературной техники, но и химической технологии и энергетики.

В патентах Карре описаны два вида абсорбционных холодильных установок - периодического (о которых он тоже не забыл) и непрерывного действия. В первых он шел по следам своего брата, модернизировав его модель на основе замены рабочих тел и вакуумной откачки - нагревом.

На рис. 6.3 показана (в современных обозначениях) принципиальная схема абсорбционной установки периодического действия. Сосуд 1 служит, в зависимости от периода цикла, либо генератором, либо абсорбером. В период зарядки находящийся в нем водоаммиачный раствор нагревается (с помощью водяного пара или каким-либо другим способом). При этом происходит десорбция - аммиак выделяется из воды. Затем пар аммиака проходит охлаждаемый дефлегматор (уже упоминавшееся в предыдущей главе устройство). В нем некоторое количество водяного пара, идущего совместно с аммиаком, конденсируется и сливается обратно в генератор. Пар аммиака поступает в конденсатор, где ожижается. Отвод тепла и от дефлегматора, и от конденсатора ведется при температуре окружающей среды водой или воздухом. Жидкий аммиак сливается в теплоизолированный сосуд - ресивер. Когда почти весь аммиак перейдет в него и в генераторе останется только вода с небольшой примесью аммиака, процесс зарядки заканчивается.

Рис. 6.3.Схема абсорбционной холодильной установки периодического действия; 1 - генератор-абсорбер; 2 - дефлегматор; 3 - конденсатор; 4 - ресивер; 5-цроссель; 6- испаритель; 7- запорный вентиль

Затем генератор начинают охлаждать водой или атмосферным воздухом. Давление в нем соответственно падает, и он превращается в абсорбер. Если теперь приоткрыть дроссельный вентиль, то жидкий аммиак (точно так же, как в парокомпрессионной установке) будет дросселироваться от давления pk до низкого давления ри и попадет в испаритель. Здесь под низким давлением, которое поддерживается абсорбером (поскольку охлажденная вода в нем поглощает пары аммиака), аммиак кипит, отводя тепло от того, что требуется охладить. Так разрядка продолжается до тех пор, пока весь аммиак из ресивера не перейдет в адсорбер. Период разрядки продолжается обычно дольше, чем зарядки, и в течение всего этого времени участок системы от сечения а-а до сечения b-b работает точно так же, как и в парокомпрессионной установке.

При этом для обеспечения движения рабочего тела не нужно ни насоса, ни компрессора; все оборудование очень простое и потому надежное. Единственные элементы конструкции, которые должны иногда двигаться, - это вентили: запорные - нужно при изменении режима периодически открывать и закрывать, а дроссельный - регулировать.

Простота и надежность установок периодического действия обеспечивают им очевидные преимущества при малых производительностях, особенно тогда, когда непрерывная работа не требуется. Однако периодичность процесса связана с тем, что аппарат, нагретый в одной части цикла, надо охлаждать в другой, а затем снова нагревать. Это вызывает дополнительные расходы на нагрев и охлаждение.

Следующая страница: Абсорбционная установка Ф.Карре непрерывного действия