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

3.2. ГАЗОВЫЕ (ВОЗДУШНЫЕ) ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ

О первоначальных попытках создать воздушные (т.е. работающие посредством сжатого воздуха) холодильные машины сохранились лишь отрывочные сведения. Так, в 1755 г. немецкий изобретатель Хоэль в Хемнице (Австро-Венгрия) получил сильное охлаждение воздуха в результате его расширения с отдачей внешней работы. Примерно такие же исследования проводил в Швеции уроженец Мекленбурга Вильке (1771 г.). Это был первый, можно сказать поисковый период создания воздушных холодильных машин.

Параллельно с ним начиналось и затем было продолжено теоретическое осмысление охлаждения воздуха и других газов при расширении. При этом следует упомянуть Эразма Дарвина (деда Ч. Дарвина), который изучал этот вопрос в 70-х годах XVIII в., а затем Д. Дальтона и Гей-Люссака; наконец, в 1824 г. Сади Карно ввел понятие об обратном (холодильном) газовом цикле. Этот второй, теоретический этап продолжен работами Д. Гершеля в 1834 г., а затем В. Сименса и А. Кирка уже в 50-60-е годы ХIХ в.

Работы по созданию действующих образцов воздушных холодильных машин между тем продолжались и вышли на уровень, позволяющий применить их на практике. Начало третьему этапу положил в 1844 г. американский врач (опять врач!) Джон Горри (1803-1855 гг.). [Имеются сведения, что известный изобретатель паровых машин и паровозов англичанин Р. Тревитик (1771-1833 гг.) в конце 20-х годов сделал несколько образцов мамин, предназначенных для охлаждения воды н превращения ее в лед. Принцип их действия заключался в том, что сжатый н затем охдажденный до температуры окружающей среды воздух выпускался в воду и, расширяясь там, охлаждал ее до выделения льда. Однако дальше опытов дело не пошло.]

Его достижения в этой области трудно переоценить. Дж. Горри изучал медицину в Нью-Йорке и после завершения образования работал врачом в городе Апалачикола (шт. Флорида). Именно жаркий климат этого района побудил Горри заняться холодильными делами. Видя каждый день своих пациентов, мучающихся от высокой температуры в помещениях больницы, он неотступно думал о том, как им помочь. Лед, которого здесь не было, мог бы создать в палатах совсем другой климат. Не испугавшись трудностей, он решил сделать холодильную машину, позволяющую получать лед в количестве, достаточном для этой цели. В 1845 г. Горри эту машину сделал.

Ее модель, показанная на рис. 3.2, хранится в патентном ведомстве США. "Льдоделательная" машина состояла из цилиндра диаметром около 200 мм (~8 дюймов), в котором воздух посредством поршня сжимался до 0,2 МПа. Тепло, выделяющееся при сжатии, отводилось посредством впрыскивания воды. Сжатый воздух после этого поступал в цилиндрический горизонтальный ресивер, тоже охлаждаемый водой, пропускаемой по уложенным внутри трубкам (он на рисунке расположен впереди фундамента). При последующем расширении воздуха в поршневом детандере в его цилиндр впрыскивалась соленая вода, которая при этом охлаждалась расширяющимся воздуха примерно до -7°С. Она и использовалась для получения льда.

Рис. 3.2. Модель «льдоделательной» машины Дж. Горри.

Машина вполне исправно работала, но Горри не оставляла мысль о том, чтобы, как говорят у нас, "внедрить" свое изобретение и сделать его доступным всем, кто в нем нуждался. Последующие события вполне соответствовали этому термину. 22 августа 1850 г. Горри сделал заявку на патент, который и получил в мае 1851 г. Это был первый американский патент на холодильную машину.

Из описания к этому патенту можно видеть, что Горри усовершенствовал свою машину, заменив впрыск соленой воды в детандер погружением его в соленую воду. Патентная формула выглядела так: «Процесс охлаждения или замораживания жидкости путем нагнетания воздуха в резервуар, отвода выделяемого тепла, компрессии посредством впрыскивания воды, отвода сжатого воздуха для расширения в машину, погруженную в сосуд с незамерзающей жидкостью, которая непрерывно возвращается в цистерну и которая служит средой, поглощающей тепло, отводимое от воды, которая должна быть охлаждена или заморожена, и передано расширяющемуся воздуху».

На рис. 3.3 показана в современном виде схема машины Горри. Она почти безупречна по самым высоким стандартам. Естественно, что машины – компрессор и детандер, входящие в ее состав, конструктивно еще несовершенны, но это скорее говорит в пользу изобретателя. Ведь в это время, по существу, не было почти никакого опыта создания воздушных компрессоров, а тем более расширительных машин – детандеров. Только некоторые идеи и конструктивные элементы можно было заимствовать из опыта создания паровых двигателей. Тем не менее, Горри, врач, не имевший ни инженерного образования, ни практики, сумел осуществить эти машины и на их основе создать вполне работоспособный агрегат.

Рис. 3.3. Принципиальная схема "льдоделательной" машины Дж. Горри: а - первый вариант; б - второй вариант холодной части; 1 – компрессор; 2 – охладитель сжатого воздуха; 3 – детандер; 4 – ванна для непосредственного намораживания льда рассолом; 5 – ванна для замораживания воды в сосуде; 6 - ванна с рассолом, охлаждаемая погруженным в нее детандером; 7 - вентиль.

С "внедрением" машины дело, однако, шло плохо; Горри не мог найти человека с капиталом, который поддержал бы планы. Наконец он нашел такого партнера, но тот вскоре умер, не успев начать дело.

Рис. 3.4. Статуя Дж. Горри в «зале славы».

Не понятый своими современниками и разочарованный цепью неудач, Горри заболел сердечной болезнью и скончался в возрасте всего 52 лет; планы его не осуществились. Как это часто бывает (но тоже не всегда), соотечественники все же оценили его заслуги: через 44 года после смерти Горри фирма, выпускавшая холодильные машины, воздвигла ему памятник в городе, где он работал. В памятном зале Капитолия в Вашингтоне ("зале славы"), где каждый штат устанавливает памятник своему самому выдающемуся гражданину, Флориду представляет Горри (рис. 3.4).

Следующая страница: Развитие идей Дж. Горри