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

8.2. ОТ "МАКРО"- К "МИКРО" КРИОГЕННОЙ ТЕХНИКЕ

С расширением круга потребителей криогенной техники возникла тенденция к ее специализации. В наибольшей степени она сказалась на развитии криорефрижераторов. Разным потребителям требовались не только разные температуры - от ультранизких до менее низких, лежащих на границе с температурой, используемой в холодильной технике (Специализация коснулась и холодильной техники, но там различия в температурном уровне и производительности не вели к качественным изменениям в принципах действия и конструкциях.). Необходимы были и разные холодопроизводительности и размеры установок. Каждому заказчику нужно было свое. Медики, например, требовали создать инструмент в виде теплого гибкого шланга с холодным наконечником, который смог бы проникнуть в пищевод пациента и заморозить, например, опухоль в желудке.

Инженеры, работающие над космическими объектами, желали получить криогенные установки, работающие несколько лет без обслуживания на каком-нибудь летающем телескопе; если же они предназначены для корабля, все равно "с ними возиться некому, космонавтам и так хватает дела". Электронщикам нужно было криостатировать свои приборы, но так, чтобы в рефрижераторе ничего не тряслось, не вибрировало и не булькало, а запускался бы он за одну минуту... Наряду с такими "микро"требованиями появились и "макро"-заказы - обеспечить, например, за короткое время сотни тонн жидкого кислорода или водорода для заправки двигателей ракет или ожижить огромные потоки природного газа для заливки в танки судов, перевозящих сжиженный газ, либо в хранилища для последующей газификации в нужное время.

Эти и многие другие требования постоянно сопровождались (и сопровождаются теперь) еще двумя условиями - чтобы все было недорого и расход энергии был минимальным (Иногда заказчики так увлекаются, что требуют обеспечить расход энергии меньше теоретически возможного (см. табл. 2.1), и возмущаются, когда им отказывают. Даже довод о том, что КПД не может быть выше 100%, не убеждает.

О том, как решаются задачи с "макрокриогеникой", уже рассказывалось как в предыдущих главах, так и в §8.1 гл. 8. Крупные системы на турбомашинах и другом оборудовании, в частности теплообменном, специально приспособленном для больших расходов, дают возможность наращивать мощности до любых нужных значений; хранилища ожиженных газов тоже могут быть доведены до требуемой вместимости. Что касается миниатюризаиии, необходимой для создания микрокриогенных установок, то при этом понадобились качественно новые, во многом оригинальные решения. Одни из них основывались на процессах, вообще не применявшихся ни в криогенике, ни в других областях техники, другие - на хорошо известных процессах, но в совершенно новых модификациях. Это направление криогеники оказалось более подвижным и восприимчивым к новым идеям, потому что их экспериментальная проверка и доводка, как говорят, "до ума" может быть проведена быстрее и с меньшими затратами, чем те же операции в макрокриогенике, где нужды годы и миллионные затраты.

Наиболее интересными и плодотворными в микрокриогенике оказались два направления: обратные циклы Стирлинга и дроссельные системы на смесях. Каждое из них привело созданию целого ряда криорефрижераторов малой мощности. Первое из них имеет длинную историю и может служить классическим примером возрождения и трансформации на новой основе идей, опередивших свое время и поэтому не реализованных.

Следующая страница: Двигатель Стирлинга