100 знаменитых изобретений - Владислав Пристинский

В машине применялся противоточный регенеративный теплопроцесс, в котором воздух, возвращающийся из холодильной камеры, охлаждал сжатый в компрессоре и идущий на детандер воздух.

Эти машины были уже довольно крупными, их мощность достигала 221 кВт. Многие английские фирмы выпускали эти машины и в дальнейшем. Несмотря на это, воздушные холодильные установки к 70–80-м годам XIX в. почти полностью сошли со сцены.

Идея паровой компрессионной холодильной машины зародилась, по существу, уже тогда, когда впервые вода была охлаждена под колпаком при откачке воздуха насосом. Однако до машины как таковой было еще далеко, так как производилось лишь однократное, а не непрерывное охлаждение. Но при этом удаление большого количества водяного пара при низком давлении вызывало трудности. Чтобы его уменьшить, прибегали даже к тому, что вместо механического насоса стали применять поглощение водяного пара серной кислотой. Систематическое исследование получения холода при испарении не только воды, но и легкокипящих жидкостей проводили сначала Т. Кавалло в 1781 г. и позже А. Маре в 1813 г.

В 1805 г. О. Эванс опубликовал описание машины «для охлаждения жидкостей», где предлагалось использовать для этой цели испарение этилового спирта.

Описанная им идея включала почти все принципиально важные для холодильной машины процессы: испарение эфира при низком давлении (в вакууме), откачку пара насосом (т. е. компрессором) в другой сосуд и конденсацию этого пара холодной водой, отводящей от него тепло. Здесь не хватало только одного важного элемента, позволившего бы замкнуть цикл и вернуть жидкий эфир в сосуд, где он мог бы испаряться, охлаждая или замораживая воду.

Для этого был только единственный путь – заставить эфир циркулировать в замкнутом контуре. Эта на первых порах малоперспективная идея тоже содержала рациональное зерно, которое позже дало начало абсорбционным холодильным машинам.

Первым, кто изучил этот путь и подготовил все условия для использования этой идеи, был англичанин Я. Перкинс. В августе 1834 г. Перкинс получил патент на «аппарат производства холода и охлаждения жидкостей». В патенте он предложил собирать испарившееся вещество, затем сжимать его газовым насосом (компрессором) и после этого снова конденсировать холод, т. е. осуществлять полный цикл, непрерывно получая такое же количество легколетучего эфира. Перкинс не ограничился описанием идеи, а сделал инженерную разработку.

В изолированном сосуде находится охлаждаемая жидкость. Был предусмотрен бак с легкокипящим испаряющимся веществом (в качестве такого вещества Перкинс рекомендовал этиловый эфир, поскольку он дешев и обладает невысоким давлением пара). Пары поступают по трубопроводу в паровой насос (т. е. компрессор) и после сжатия подаются по трубопроводу в конденсатор, помещенный в ванне с холодной водой (погружной конденсатор). Здесь пар при давлении, близком к атмосферному, конденсируется, и жидкость через дроссельный клапан возвращается в испаритель. Здесь были полностью предусмотрены все части парокомпрессионной холодильной установки. Она исправно работала при условии полного удаления воздуха из системы.

Перкинсу не пришлось увидеть свою машину «в металле». Довольно несовершенная опытная машина по его идее была создана уже после его смерти. Ее устройство полностью повторяло эскиз Перкинса, но ручной насос был заменен механическим компрессором. Испаритель выполнен в виде двух соединенных полушарий. В верхний помещалась замораживаемая вода, а в междустенном пространстве – испаряющийся хладагент.

А. Твиннинг практически осуществил идею Перкинса. С 1848 г. он стал использовать в качестве хладагента эфир. В 1850 г. он получил английский, а потом и американский патент. Одна такая машина работала в Кливленде и давала 50 кг льда в час.

Большого успеха в развитии паровых холодильных машин достиг англичанин Дж. Гаррисон. В 1837 г. он переехал в Австралию и в 1850 г. занялся процессом получения холода. В то время существовала огромная потребность в заморозке мяса, экспортируемого из Австралии в Англию. В 1856–1857 гг. Гаррисон получил два английских патента на машины с этиловым эфиром в роли хладагента. В то время он уже обдумывал возможность применения других рабочих веществ, в частности аммиака.

В 1875 г. Гаррисон посетил Лондон, где обсуждал проблемы охлаждения с Фарадеем и Тиндалем. Наладив производство холодильных машин, Гаррисон занялся непосредственно замораживанием мяса для экспорта в Англию. Однако сначала он попробовал замораживать мясо на берегу в стационарных условиях. В 1873 г. он провел эксперимент в Мельбурне, заморозив при помощи своей машины мясо, рыбу и тушки птицы. Через 6 мес. был проведен осмотр и проверка качества. После удачного окончания опыта в 1873 г. Гаррисон решился на широкомасштабный эксперимент. Он погрузил на судно «Норфолк», оборудованное его холодильной установкой, 20 т баранины и говядины, заморозил груз на борту, после чего судно отправилось в Англию. Однако Гаррисон потерпел неудачу: по дороге машина вышла из строя, и по прибытии в Лондон покупателя на привезенное мясо не нашлось. Гаррисон понес убытки, был вынужден оставить коммерческую деятельность и занялся научной работой. Умер он в 1893 г. Машины Гаррисона, работающие на эфире, продолжали несколько лет выпускаться в Лондоне.

Независимо от Гаррисона, в 1857 г. француз Ф. Каре разработал паровые холодильные машины, работавшие не только на этиловом эфире, но и на сернистом ангидриде. Одна из установок, построенных по этому патенту, была смонтирована в южной Франции на заводе по производству соли и использовалась при получении сернокислого натрия (глауберовой соли) из морской воды. Кроме того, Каре придумал способ получения искусственного холода за счет абсорбции аммиака. Это был остроумный способ, который, правда, забыли лет на сорок. В начале XX в. в Москве появилась фирма П. Вортмана. Коммерсант предлагал москвичам огромный агрегат с названием «Эскимо», в котором использовался принцип Фернана Каре.

Он был бесшумным и универсальным. Топливом для него могли служить дрова, уголь, спирт, керосин. За один цикл работы «Эскимо» намораживал 12 кг льда.

Такую ледоделательную машину могли себе позволить лишь богатые покупатели или предприниматели, применявшие лед, например, в торговле мороженым, кондитерскими товарами, мясом, рыбой, пивом и другими продуктами.

Большую роль в получении домашнего и промышленного холода сыграл К. фон Линде. Он изобрел промышленный способ сжижения газов. В 1879 году фон Линде создал холодильную машину с компрессором, работавшем на аммиаке. Благодаря ей и началось производство льда в больших масштабах.

Холодильные машины Линде устанавливались на мясных бойнях и пищевых фабриках. Ими оснастили вагоны, речные и морские суда. Позже уменьшенная машина Линде стала сердцем домашних холодильников.

В изобретении Линде холодный рассол или аммиак циркулировал по разветвленной системе труб, охлаждая помещения с продуктами. Появились большие торговые и промышленные холодильные склады.

В 1893 году американец Элайя Томсон оснастил компрессионный холодильник электроприводом. Но такой аппарат был очень далек от совершенства. Он имел приводные ремни и производил много шума. Из-за утечек газа – аммиака или сернистого ангидрида – в помещении стоял неприятный запах. Холодильные шкафы обычно помещали в подвалы, чтобы избавиться от шума и вони.

Отцом современных холодильников можно считать датского инженера Стинструпа. В 1926 году он накрыл компрессор и его электродвигатель герметичным колпаком. Это сделало домашний холодильник бесшумным, безвредным и долговечным. Патент на агрегат Стинструпа приобрела корпорация «General Electric».

Теперь требовалось найти другой носитель холода, чтобы избавиться от аммиака и сернистого ангидрида. На смену им пришел фреон, открытый и изученный бельгийцем Свартом. В жидком состоянии фреон кипит при – 32,8 °C, химически пассивен и неядовит.

Теперь холодильники стоят в каждом доме или квартире. Они стали привычными, и вряд ли их владельцы знают о труде тысяч изобретателей и инженеров, работавших над идеей развития обычного бытового прибора.

Часы

Часы появились тогда, когда у человека возникла потребность в измерении одинаковых промежутков времени и определении астрономического времени.

Самым распространенным хронометрическим прибором были солнечные часы, основанные на кажущемся суточном и годовом движении солнца. Они появились после того, как человек осознал связь между положением Солнца на небе и длиной и положением тени от предметов. Наиболее вероятно, что первые солнечные часы появились в Древнем Египте, поскольку именно там есть наиболее удобные для измерения времени климатические условия. Первые часы представляли собой гномон – вертикальный обелиск со шкалой, нанесенной на земле. Подобные священные обелиски устанавливались перед входом в храмы и одновременно служили для почитания бога Солнца Ра. Помимо обелисков были созданы и другие конструкции солнечных часов. Например, состоявшие из горизонтальной части – линейки с хронометрической шкалой и перпендикулярного ей «плеча», отбрасывающего тень на шкалу. Были также ступенчатые часы с двумя наклонными поверхностями, ориентированными по оси восток-запад и разделенными на ступени. У них время определялось длиной, а не направлением тени. Для правильного показания времени верхняя шкала была горизонтальной и составляла прямой угол с направлением местного меридиана. Чтобы их правильно установить, необходимо было вести наблюдения за моментами солнцестояния или равноденствия.