Естественное охлаждение воздуха как самопроизвольная передача теплоты окружающей среде (воздуху, воде, грунту) может быть использовано только в холодное время года. В теплый период года, когда потребность в охлаждении наиболее велика, применяют искусственные способы охлаждения. При этом могут использоваться как природные источники холода, например артезианская вода и лед, так и искусственные источники холода — холодильные машины. Первые установки использования льда для целей кондиционирования воздуха работали еще в XIX в. Фредерик Тьюдор, известный как «Ледовый король мира», впервые в Бостоне использовал природный лед для охлаждения воздуха. Принцип работы такой установки основан на аккумулировании естественного холода: водный лед заготавливают зимой, чтобы в летнее время использовать для охлаждения. Впоследствии стали получать искусственный лед с помощью холодильных машин. Первые заводы по выработке искусственного льда появились в 1865 и 1867 гг. в Сан Антонио в Техасе (США). Теплота плавления льда составляет 336 кДж/кг. Лед таял в специальных танкерах, охлаждая разбрызгиваемую по ледяной поверхности талую воду; собирающаяся в поддоне танкера талая вода забиралась насосом и прогонялась через воздухоохладитель. В 1936 г. подобная установка была запроектирована А. А. Гоголиным для охлаждения воздуха льдом в кафе Главхладопрома в Москве на улице Горького. Применение льда для кондиционирования воздуха оказалось невыгодно по сравнению с прямым использованием холодильных машин.
Принцип получения искусственного холода в холодильных машинах основан на простых физических процессах изменения фазового и термодинамического состояния рабочих веществ с определенными теплофизическими свойствами: испарение, конденсация, расширение и сжатие. Рабочие вещества, используемые в холодильной технике, называют холодильными агентами. В парокомп-рессионной холодильной машине сжатие холодильного агента осуществляется в компрессоре, для чего используется механическая энергия. В пароэжекторных и абсорбционных холодильных машинах в качестве источника внешней энергии используют вторичную теплоту — горячую воду, пар, отходящие газы, имеющие температуру выше температуры окружающей среды. После конденсации паров рабочего вещества его давление должно быть снижено до давления испарения, что возможно осуществить путем адиабатного расширения в детандере или дросселирования в капиллярной трубке или терморегулирующем вентиле. Над созданием первых холодильных машин работали многие изобретатели, инженеры и ученые. Английский физик и химик Бойль и немецкий физик Герике в конце XVII в. установили, что вода в разряженном пространстве при давлении ниже атмосферного испаряется при низких температурах. В 1777 г. Нерн показал, что в условиях вакуума вода замерзает, если удалять образующиеся водяные пары (пары поглощались серной кислотой). Эти открытия позволили англичанину Лесли построить в 1810 г. первую машину для производства искусственного льда из воды.
Холодильные машины стали применяться на практике, когда вместо воды были найдены более эффективные рабочие вещества. В 1834 г. английский врач Перкинс построил холодильную машину, работающую на этиловом эфире, использование которого позволило получить низкие температуры при давлениях более высоких, чем при использовании воды. Машина Перкинса была прообразом современной парокомпрессионной холодильной машины. Она состояла из сосуда, в котором кипел вследствие подвода теплоты от внешней среды эфир (испаритель), насоса (компрессор), сжимающего и направляющего пары эфира в змеевик (конденсатор), в котором при более высоком давлении и более высокой температуре происходила конденсация паров. Сконденсировавшийся жидкий эфир через специальный дроссельный вентиль направлялся в сосуд, где кипел при низкой температуре. В 1871 г. Телье построил машину, работающую на метиловом эфире. В 1872 г. Бойлю был выдан патент на аммиачную холодильную машину. В 1881 г. Линде одновременно с Видхаузеном построил утле-кислотную холодильную машину.
Рекомендуем почитать
Tags: вентиль, вода, воздух, давление, компрессор