Как работает холодильник, разработанный Эйнштейном и Сцилардом?

Array
(
    [PREVIEW] => Array
        (
            [SRC] => /upload/iblock/2b9/q1qxen9j86umuqfey5jt2ss70e8voovm.jpg
            [WIDTH] => 800
            [HEIGHT] => 600
        )

    [DETAIL] => Array
        (
            [SRC] => /upload/iblock/2b9/q1qxen9j86umuqfey5jt2ss70e8voovm.jpg
            [WIDTH] => 800
            [HEIGHT] => 600
        )

)
Array
(
    [PREVIEW] => Array
        (
            [SRC] => /upload/iblock/faf/0g8bvzkc9141s1v811meqelix4vy5txs.jpg
            [WIDTH] => 660
            [HEIGHT] => 485
        )

    [DETAIL] => Array
        (
            [SRC] => /upload/iblock/faf/0g8bvzkc9141s1v811meqelix4vy5txs.jpg
            [WIDTH] => 660
            [HEIGHT] => 485
        )

)
Array
(
    [PREVIEW] => Array
        (
            [SRC] => /upload/resize_cache/iblock/8a0/800_600_2/8iytcbzjzyf5xxih2k4z8pt3gyh5q3g3.jpg
            [WIDTH] => 800
            [HEIGHT] => 600
        )

    [DETAIL] => Array
        (
            [SRC] => /upload/resize_cache/iblock/8a0/1920_1080_0/8iytcbzjzyf5xxih2k4z8pt3gyh5q3g3.jpg
            [WIDTH] => 1259
            [HEIGHT] => 1080
        )

)

Практически ни в одной из многочисленных биографий Эйнштейна не отмечен тот факт, что на счету великого теоретика было два десятка патентов на различные технические изобретения. При этом большинство из них, так или иначе, касаются холодильных машин, а точнее, бытовых холодильников.

В 1926 году Альберт Эйнштейн прочитал в газете статью о семье с детьми, которые отравились смертельными газами, попавшими в воздух из неисправного холодильника. Напомним, что во времена Эйнштейна в качестве хладагентов использовались токсичные диоксид серы, метилхлорид и аммиак. Смерть этих людей так поразила ученого, что он немедленно приступил к разработке более безопасного холодильника. 

Эйнштейн решил сделать новый холодильник не только самым безопасным, но и самым дешевым из всех представленных на тот момент на рынке. Будущий создатель теории относительности договорился о финансировании проекта с компаниями AEG и Electrolux и взял в помощники своего бывшего студента, блистательного ученого Лео Сциларда, который позже внесет важный вклад в создание первого ядерного реактора. 

Эйнштейн и Сцилард предположили, что устройство без движущихся частей устранит возможность выхода из строя уплотнения, и исследовали практические применения для различных холодильных циклов.

Объяснить на словах, как работает придуманный ими абсорбционный холодильник, довольно затруднительно, поэтому лучше детально рассмотреть хотя бы один из четырех вариантов, приведенных в патентном описании.

Pict_holodilshchik_issue_12_2008_Chill_Einstein_and_Scilard_2.jpg

Схема абсорбционной холодильной машины Эйнштейна-Сциларда

В этом холодильнике в качестве хладагента используется метилбромид или бутан (для определенности речь дальше будет идти о метилбромиде), в качестве абсорбента - вода, а вспомогательным, выравнивающим давление газом служит аммиак.

На схеме: 

1 - помещенный в охлаждаемую камеру испаритель, "откачивающий" тепло путем испарения хладагента - метилбромида 2.

По трубке 3 в испаритель поступает газообразный аммиак, поток которого разбивается перфорированной насадкой 4 на множество мелких пузырьков.

Из испарителя газообразная смесь метилбромида и аммиака по трубке 5 проходит в конденсатор-абсорбер 6, в котором из трубки 7 непрерывно по каплям вытекает вода; предпочтительно, чтобы вода протекала вблизи стенки, окруженной рубашкой охлаждения 8, по которой проходит достаточно холодная вода, например водопроводная. 

Вытекающая из трубки 7 вода интенсивно поглощает аммиак, его парциальное давление падает, и, так как суммарное давление газовой смеси остается постоянным, парциальное давление паров метилбромида сильно возрастает.

Это давление, особенно вблизи стенок конденсатора-абсорбера 6, становится выше давления насыщенного пара, так что одновременно с поглощением водой аммиака происходит и конденсация метилбромида. Скорость этой конденсации зависит в первую очередь от того, как быстро отводится охлаждающей рубашкой 8 тепло, выделяющееся при ожижении метилбромида.

Жидкий метилбромид 9, как более тяжелый, собирается внизу, а водоаммиачный раствор 10 всплывает. По трубке 11 жидкий метилбромид снова поступает в испаритель 2. Таким образом осуществляется быстрая циркуляция метилбромида между испарителем и конденсатором-абсорбером, благодаря чему устройство эффективно отбирает тепло из холодильной камеры. Трубка 12 представляет собой термосифон, о котором речь шла выше (нагревателем - на схеме он не показан - может служить присоединенная к источнику тока проволочная спираль, обматывающая часть левого колена трубки 12). При нагревании в жидкости левого колена образуются аммиачные пузырьки, жидкость становится легче и давление столба холодного раствора в правом колене "загоняет" ее в несколько приподнятый бачок 13. Небольшое количество выделившегося в виде пузырьков газообразного аммиака по трубке 14 возвращается в конденсатор-абсорбер 6.

В генераторе 15 (его нагреватель также не показан) из сливающегося по трубке 16 крепкого водоаммиачного раствора аммиак выпаривается. Суммарное давление в бачке 13 такое же, как в конденсаторе-абсорбере 6 и испарителе 1, а давление над уровнем жидкости в генераторе выше на величину давления столба жидкости в трубке 16. Поэтому газообразный аммиак выдавливается из генератора по трубке 3 в испаритель 1 под уровень жидкого метилбромида, если только гидростатическое давление h1 > h2. Вследствие этого же избыточного давления обедненная аммиаком вода выдавливается из генератора 15 по трубке 7 в конденсатор-абсорбер 6. Чтобы этот перелив не был слишком бурным, на устье этой трубки надет пористый колпачок 17 (через который жидкость проходит как через некоторое гидравлическое сопротивление, а газ - при падении уровня жидкости - вследствие капиллярных сил не проходит).

В данном изложении автор следовал английскому патенту № 282428 «Усовершенствование, касающееся холодильного аппарата», выданному Эйнштейну и Сциларду 15 ноября 1928 г. В США права на это изобретение приобрело американское отделение шведской фирмы "Elektrolux", которое получило там 11 ноября 1930 г. патент № 1781591. Передача прав на изобретение ведущей фирме по производству абсорбционных холодильников с определенностью свидетельствует о признании практической ценности этой разработки Эйнштейна и Сциларда. 

Всего же Сзилард и Эйнштейн подали более 45 заявок на патенты в шести разных странах, но распространения их охлаждающая система не получила. Прототип оказался очень шумным, а последовавшая в 30-х годах Великая депрессия в целом подпортила благосостояние многих производителей. К тому же, с внедрением нетоксичного фреона отпала необходимость повышать безопасность холодильников.

Однако изобретение Эйнштейна и Сзиларда нашло свое применение в 50-х годах, в технологии ядерных реакторов-размножителей.

В 2008 году группа инженеров под руководством Малькома Маккалоха из Оксфордского университета возродила холодильник Эйнштейна. Поскольку энергия в данном устройстве  нужна только для подогрева насоса, исследователи рассматривали непосредственное использование энергии солнца для применения холодильника в тех местностях, где отсутствует электричество. Путём изменения состава применяемых газов удалось увеличить эффективность холодильника в четыре раза. Однако, по сообщению исследователей, конструкция все еще «далека от коммерческой реализации».