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

Развитие идей Джона Горри

Работа Горри не только дала толчок практикам-строителям холодильных машин. Она послужила основой для решающего шага в развитии их теории. Такой шаг был сделан В. Сименсом (1823-1883 гг.) - немецким инженером, переселившимся в Англию и ставшим одним из лидеров в научно-техническом развитии этой страны. [В Англии сумели оценить заслуги Сименса. Он получил дворянский титул и из Вильгельма стал сэром Вильямом.] Он опубликовал в 1857 г. доклад с критическим разбором машины Горри. Отдавая должное его дос¬тижениям, Сименс отметил и недостатки; однако особенность этой критики Сименса, свойственная творческим людям, состояла в том, что он показал, как эти недостатки устранить.

Главное в замечаниях Сименса было связано с тем, что воздух, выходящий из цилиндра детандера, который идет на охлаждение соленой воды, недостаточно охлаждается, если его пускать непосредственно в воду (рис. 3.3), как сделано в первом варианте машины Горри. Он предложил этот холодный воздух не выпускать, а направить в специальный теплообменный аппарат противотоком к сжатому воздуху, идущему в детандер. На рис. 3.5, б показано, как изменится в этом случае схема установки. Это предложение, получившее затем название "процесса с регенерацией", было им запатентовано, а сам патент и приведенная иллюстрация из него стали классическими и воспроизводятся практически во всех учебниках по холодильным и криогенным установкам.

Рис. 3.5. Иллюстрация из патента Сименса (холодильного процесса с регенерацией) (а) и схеме машины Горри с усовершенствованием, предложенным Сименсом (б): 1 – компрессор; 2 - холодильник; 3 - детандер; 4 - регенеративный теплообменник; 5 - сосуд для замораживания воды; 6 - золотниковая коробка детандера; 7 - сборник жидкого воздуха.

Действительно, идея регенерации тепла, изложенная в этом патенте, дает огромные преимущества. [Строго говоря регенерацию тепла впервые ввел в технику шотландский пастор Р. Стирлинг, когда в 1816 г. изготовил н запатентовал свой воздушный тепловой двигатель [7, 12].] Отработавший холодный воздух, который еще сохранил достаточно низкую температуру, не выбрасывается бесполезно, а возвращается в систему и используется для того, чтобы предварительно охладить сжатый воздух, направляемый на расширение. Поскольку в этом случае на вход в детандер воздух поступает более холодным, он и на выходе тоже понижает температуру. Таким образом, при тех же затратах получается большее охлаждение. По существу, после введения регенеративного теплообмена окончательно были установлены те "три кита", на которых стоит вся классическая низкотемпературная техника - детандер (или дроссель), регенеративный теплообменник и компрессор. В дальнейшем мы увидим неоднократные тому подтверждения.

Идея регенерации тепла произвела подлинный переворот и нашла в дальнейшем широкое применение не только в низкотемпературной технике, но и во многих областях энергетики. Используя, например, высокую температуру отходящих дымовых газов, их направляют на предварительный подогрев воздуха, подаваемого в топку.

Следующая страница: Холодильная машина А.Кирка