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

Абсорбционное охлаждение

Историю абсорбционного охлаждения нужно начинать, по-видимому, с 1777 г., когда Г. Нейрн обнаружил способность серной кислоты поглощать водяной пар. Это ее свойство было известно и раньше, но Нейрн заметил очень важное обстоятельство - процесс поглощения в отсутствие воздуха идет намного быстрее. Если поместить чашу с серной кислотой и сосуд с водой в вакуум (под колпак воздушного насоса), то поглощение пара, а следовательно, и испарение воды идут столь бурно, что вода в другой чаше может даже замерзнуть.

Оба явления - как охлаждение при испарении жидкости (испарительное охлаждение), так и поглощение одной жидкостью паров другой, сопровождаемое нагреванием (абсорбция), были известны каждое отдельно. [Термин "абсорбция" происходит от латинского слова absorbtiо – поглощение, всасывание. Противоположный процесс - выделение пара поглощенного вещества - абсорбата из абсорбента (поглотителя) при нагреве или вакуумировании называется десорбцией.] Заслуга Нейрна не только в установлении того, что воздух здесь "третий лишний" и мешает процессу, но и в том, что он соединил испарительное охлаждение с абсорбцией. Практическим приложением такого абсорбционного охлаждения Нейрн не занимался.

Профессор математики и физики в Эдинбурге Л. Лесли (1766-1832 гг.) на основе такого сочетания процессов построил в 1810 г. лабораторный холодильный аппарат. Аппарат состоял из двух соединенных трубкой стеклянных сосудов - одного с серной кислотой, другого с водой. Воздух из первого сосуда предварительно откачивался вакуумным насосом с ручным приводом. Если открыть вентиль на соединительной трубке, то ''серная кислота, которая имеет огромную способность поглощать воду, забирает пары по мере того, как они образуются, испарение идет быстро, в короткое время температура воды понижается, и она замерзает". Лед удаляют, производится откачка системы, и процесс повторяется.

Какие-либо достоверные данные о производительности установки Лесли отсутствуют. Есть упоминание о 3 кг (6 фунтах) льда в час; в других источниках говорится о 500-700 г за цикл. Если это так, то каждый цикл продолжался примерно 10 мин. Аппарат Лесли остался лишь лабораторным образцом и распространения не получил. Однако идея жила, и через 40 лет Эдмунд Карре - брат Ф. Карре, построил более совершенный сернокислотно-водяной абсорбционный холодильный аппарат. Конструктивное его оформление было уже приспособлено для практического использования (рис. 6.2). Сосуд для охлаждения воды (или льда) был стеклянным и мог легко сниматься; сосуд для серной кислоты был сделан из свинца - материала, устойчивого по отношению к ней. Откачка воздуха и водяного пара между циклами приготовления продукта производилась так же, как у Лесли - ручным насосом.

Рис. 6.2. Абсорбционная холодильная установка Э. Карре: А - воздушный насос; В, С - сосуды для серной кислоты и охлаждения воды

Этот аппарат выпускался серийно одной из английских фирм и нашел применение, в частности, в парижских кафе. Хозяин, который имел такой агрегат, мог предложить своим клиентам охлажденные напитки и мороженое в любое время года и был независим от поставок льда.

После 1850 г. в течение более четверти века проводились лишь отдельные работы по дальнейшему совершенствованию абсорбционного охлаждения. Они не дали каких-либо результатов в виде новых жизнеспособных конструкций, но два существенных достижения были все же получены. Во-первых, было найдено, что существуют и другие пары веществ - адсорбентов и адсорбатов, кроме Н₂SO₄ и Н₂O: вода Н₂O и аммиак NH₃. эфир (С₂H₅)О и сернистый ангидрид SO₂. Первая из этих пар стала в дальнейшем основной для абсорбционных холодильных установок.

Во-вторых, было показано, что для удаления из абсорбента поглощенного пара (абсорбата) применение вакуумного насоса необязательно; его можно убрать, добившись удаления пара в результате нагревания. Температура при этом должна быть выше, чем та, которая соответствует кипению жидкости поглощенного абсорбата. Например, чтобы удалить водяной пар, поглощенный серной кислотой, нужно нагреть раствор до 180-200°С. Такое решение сразу упростило задачу, поскольку отпала необходимость использовать наиболее неприятный в эксплуатации элемент установки - вакуумный насос. [Слово «решение» (в смысле "техническое решение") вместо термина "открытие" применено здесь потому, что выделение пара из абсорбента при нагревании наблюдал еще Фарадей в опытах 1823 г. ]

Эта заслуга принадлежит Ф. Виндхаузену, который в 1878 г, показал на экспериментальных образцах десорбцию водяных паров нагревом из смеси Н2SО4 с водой. Он внес и много других личных усовершенствований в схемы и конструкции холодильных машин, в частности показал возможности использования регенеративного теплообмена в абсорбционных холодильных установках. Ф. Виндхаузен занимался с увлечением воздушными холодильными машинами, и даже был основным оппонентом К. Линде на Венском конгрессе пивоваров, отстаивая преимущества воздушных машин по сравнению с парокомпрессионными.

Ф. Виндхаузен был талантливым инженером с широким кругозором и оригинальным умом, напоминая в этом отношении Перкинса. В частных задачах он мог получать важные результаты; однако синтезировать их в качественно новую техническую систему он не смог.

Следующая страница: Абсорбционная установка Ф.Карре периодического действия