1. История «холодильного дела» и холодильной промышленности
Содержание книги по тепловым насосам
К «холодильному делу» относится использование во многих областях человеческой деятельности температур ниже, чем температура окружающей среды. Поскольку понятие низкой температуры не постоянно и зависит от температуры окружающей среды, то необходимым является учет ее суточного и сезонного изменения, в чем и были заложены основы «холодильного дела». Выделяют три основных направления в развитии «холодильного дела»:
• консервирующее свойство холода - использование природного снега и льда для сохранения скоропортящихся продуктов;
• ликвидация сезонности при производстве и потреблении продуктов - заготовка льда в зимний период, его хранение и использование в теплое время года, а также приготовление льдосоляных растворов при использовании природного холода с последующим приготовлением искусственного пищевого льда;
• безмашинное кондиционирование воздуха - процесс испарительного охлаждения воды.
Первые упоминания о «холодильном деле» найдены в Египте. В древних исторических документах присутствовало теоретическое и иллюстрированное описание процесса охлаждения пищевых продуктов и напитков путем использования испарительного охлаждения воды путем интенсификации движения воздуха около специальных «служебных» сосудов с водой (с большими порами для возможности выхода воды на поверхность).
Этот же метод получения холода найден в описаниях быта и условий жизни многих царствующих особ и вельмож в странах Южной Европы, Ближнего Востока и Индии. Гиппократ (IV век до н.э.) в своих медицинских исследованиях указывал позитивное влияние охлажденного воздуха на самочувствие людей в жаркое время года. Халиф Махди (Ливан, VIII век н.э.) вошел в историю «холодильного дела» с тем, что имел постоянный источник холода в своем дворце посредством организации каравана, круглосуточно доставлявшего снег с гор. На дворцовой кухне одного из Персидских правителей Назири Хосрау (XI век н.э.) была специальная подземная комната-хранилище для льда. Известны системы кондиционирования воздуха посредством испарительного охлаждения воды, применяемые в культовых зданиях при проведении религиозных церемоний. Естественно, использование природного холода в жаркое время года могли себе позволить только весьма обеспеченные люди, в связи с чем закрепилось мнение, что использование охлажденной еды, напитков, комфортные температурные условия в помещении должны стать нормой жизни влиятельных людей. Таким образом появился спрос на холод в быту, соответственно, стали совершенствоваться методы сохранения природного льда.
«Холодильное дело» в Европе начало свое развитие в Португалии. В документах XV века с ссылками на индийские источники IV века н.э описано приготовления льдосоляных растворов в горах под действием природного холода, последующий его транспорт в города и приготовление большего количества водного льда непосредственно в местах потребления. На протяжении XV-XVII веков описание различных методов хранения природного снега, использования консервирующего действия холода и т.д. встречается не только в исторических документах, но и в литературных произведениях, запечатлевается в графике. Вопросы использования природного холода и искусственное охлаждение были включены в программу обучения студентов-физиков в одной из Флорентийских академий. Видно, что на настоящем этапе развития холодильной техники все этапы «холодильного дела» сохраняют Свою актуальность и находят новые рациональные области применения. Широкое развитие науки с середины XVII начинает формировать «копилку знаний» для будущих фундаментальных открытий в холодильной технике. Представим в хронологической последовательности основные вехи развития «искусственного охлаждения» и «холодильной техники».
Хронология событий в развитии холодильного оборудования
С начала XX века «холодильное дело» перерастает в холодильную промышленность. Появляются фирмы-изготовители, которые специализируются исключительно на выпуске оборудования для холодильных машин, изоляции для холодильных камер, холодильном транспорте и т.д. Развитие химической промышленности дало возможность создавать новые синтезированные рабочие вещества. Развитие военно-промышленного комплекса в Европе в 1930-ых годах явилось мощным толчоком в развитии многих новых направлений в холодильной технике и технологии долгосрочного хранения пищевых продуктов (для снабжения армии во время военных действий), начало развития космического комплекса в 1950-ые годы создало предпосылки развитию безотказных в эксплуатации холодильных машин с неограниченным сроком работы. Практически во всех развитых странах мира формируются холодильные цепи: холодильник при производителе —> холодильный транспорт —> холодильник при потребителе. Первые холодильники в России появились на крупных пивоваренных заводах и рыбных промыслах в конце XIX века. Германия в то время являлась основной страной-поставщиком холодильного оборудования в Россию. Первые специалисты в области холодильной техники России проходили обучение и стажировку в Германии.
Одна из первых книг «Справочник холодильщика» была выпущена Н.Н.Комаровым в 1912 году под девизом «Холод - наш
друг». На научных и педагогических трудах этого ученого и практика выросло первое поколение научной элиты в области холодильной техники в бывшем СССР.
С 1935 года в СССР осуществляется выпуск специалистов с высшим образованием по специальности «Холодильная техника». Гигантомания всех видов производства в СССР также создала предпосылки созданию и развитию крупных холодильных систем хранения, переработки и транспортировки скоропортящихся грузов. Необходимо вспомнить имена выдающихся ученых, благодаря научным работам и книгам которых современная холодильная техника обладает мощной теоретической, научной и педагогической базой.
Один из первых учебников, достаточно полно осветивших вопросы компрессорных холодильных машин, был издан Г.Вор- хисом в 1927 году в США. В 1930-40-ые годы последовательно выходят в свет несколько изданий «Холодильная техника» Р.Планка, что завершается в 1950-ые годы выпуском масштабной энциклопедии под его редакцией.
«Техническая термодинамика» Ф.Бошняковича, выдержавшая шесть изданий только на немецком языке (последнее датируется 1997 годом), явилась основой термодинамики циклов всех типоь холодильных машин. Разработки Ф.Бошняковича используются всеми без исключения авторами книг по холодильной технике. Первыми авторами учебников по холодильным машинам в СССР были Н.С.Комаров, И.И.Левин, В.Е.Цыдзик, B.C. Мартыновский, Л.М. Розендельд и А.Г.Ткачев. Энциклопедический справочник «Холодильная техника», изданный в 1960 году в СССР при участии всех выдающихся специалистов в области холодильной и криогенной техники, а также технологии, до сих пор является непревзойденным раритетом энциклопедических изданий в области холодильной техники в мире. Особое удовольствие для автора представляет возможность впервые ознакомить читателей с историей создания, деятельностью и заслугами «одесской школы» холодильной техники и термодинамики.
Одним из организаторов Одесского Политехнического Института в 1918 году, создателем Украинского Научно- исследовательского холодильного института, проработавшего с 1930 по 1943 год, основателем Одесской школы энергетиков холодильного профиля был Соломон Данилович Левенсон A895-1956).
В 1930 году, получив должность заведующего кафедрой двигателей внутреннего сгорания в только что образованном Одесском институте инженеров морского флота, С.Д.Левенсон открыл подготовку специалистов холодильного профиля. Одесса - крупный город-порт остро нуждалась в подготовке высококвалифицированных специалистов по новой для СССР специальности «Холодильная техника». Доцентами на кафедре, руководимой С.Д.Левенсоном, были В.С.Мартыновский и Я.З.Казавчинский. В эти же годы в Украинском Научно-исследовательском холодильном институте начались широкомасштабные разработки по всем современным на 1930-ые годы направлениям в области холодильной техники. Работами руководил как сам С.Д.Левенсон, так и Борис Миронович Блиер A905-1968). Основным научным интересом Б.М.Блиера стали сорбционные холодильные машины - научное направление, которому он посвятил свою жизнь и создал две «школы абсорбционной техники» в СССР: одесскую и астраханскую (с 1948 по 1968 год Б.М.Блиер - профессор Астраханского технологического института рыбной промышленности). Сотрудником Украинского Научно-исследовательского холодильного института в 1930 году становится выпускник Одесского политехнического института Б.А.Минкус. Он одновременно начинает разработки с Б.М.Блиером в области абсорбционной техники и С.Д.Левенсоном в области создания первых систем автоматизации холодильных машин и установок. В числе многих научных работников, впоследствии ставших выдающимися специалистами-холодильщиками, в УНИХИ работает С.Г.Чуклин.
Знаменательным для развития «одесской холодильной школы» был визит С.Д. Левенсона в 1927 году в Германию, в частности, в Высшую техническую школу Карлсруэ, возглавляемую крупнейшим специалистом в области холодильной техники в мире
Рудольфом Планком. Знакомство с термодинамической школой Германии (работами Р.Меркеля, Э.Альтенкирха, Ф.Бошняковича и Р.Планка) сыграло значительную роль в формировании будущих научных направлений, которые возглавил С.Д.Левенсон. Главное из которых - повсеместное использование инженерной (прикладной) термодинамики. В этом и состоит основное отличие одесской школы холодильщиков: в основе теоретических и экспериментальных разработок должны лежать мощные термодинамические исследования. Такой подход доказал не только свою жизнеспособность, но и позволил существенно опередить развитие во многих областях холодильной техники те «школы», где во главе исследований был поставлен эксперимент. В 1948 году В.С.Мартыновский A906-1973) назначен ректором Одесского консервного института. Он открывает специальность «Холодильная техника», для чего создает новые кафедры. Кафедру холодильных машин он возглавил сам, а заведующим кафедрой холодильных установок становится Сергей Григорьевич Чуклин A909-1974).
7 января 1950 года Одесский консервный институт переименован в Одесский технологический институт пищевой и холодильной промышленности* (ОТИПХП). Так в крупном научном, промышленном и культурном центре на юге страны - Одессе - появилось новое высшее учебное заведение. Первым ректором института был назначен его фактический создатель - доктор технических наук, профессор Владимир Сергеевич Мартыновский. Вместе с В.С.Мартыновским на кафедрах холодильных машин и холодильных установок начала работу целая группа специалистов-единомышленников, пришедшая вместе с ним из Одесского института инженеров морского флота и Одесского политехнического института.
Первые научные публикации кафедр появились в «Трудах ОТИПХП» в 1951 году и стали основой широко известных работ в области теории обратных термодинамических циклов, схем и процессов холодильных машин и установок. Книги В.С.Мартыновского являются не только крупным вкладом в техническую термодинамику и науку о холоде, но и источниками научных идей, признанными учебными пособиями, для студентов, аспирантов, докторантов и инженеров:
• С.Д.Левенсон и В.С.Мартыновский «Судовые холодильные машины», 1948;
• В.С.Мартыновский «Холодильные машины», 1950;
• В.С.Мартыновский «Термодинамические характеристики циклов тепловых и холодильных машин», 1952;
• В.С.Мартыновский «Тепловые насосы», 1965;
• В.С.Мартыовский, Л.З.Мельцер «Судовые холодильные установки и их эксплуатация», 1971;
• В.С.Мартыновский «Анализ действительных термодинамических циклов», 1972;
• В.С.Мартыновский «Циклы, схемы и характеристики термотрансформаторов», 1979.
Последняя из них, вышедшая в свет уже после смерти В.С.Мартыновского, была закончена его коллегами и учениками. Она стала итогом 25-летнего творческого содружества В.С.Мартыновского, С.Д.Левенсона, Л.З.Мельцера, Я.З.Казавчинского, Д.П.Гохштейна, Г.Н.Костенко, сформировавших уникальное научное направление в технической термодинамике, получившее широкую известность как «одесская школа». Международная жизнь кафедры началась в 1955 году с участия B.C.Мартыновского в IX Международном Конгрессе по холоду в Париже. С тех пор кафедра представляла свои работы на самом высоком международном уровне, а В.С.Мартыновский и В.Ф.Чайковский в 1960-70-ые годы были представителями Советского Союза в ЮНЕСКО.
Учебная деятельность кафедры холодильных машин всегда была тесно связана с научно-исследовательской работой. Научные исследования являлись сопровождением и источником совершенствования учебного процесса. Основными направлениями научно- исследовательской работы кафедры холодильных машин в различные периоды ее деятельности были:
• термодинамический анализ обратных термодинамических циклов холодильных машин, тепловых насосов и термотрансформаторов ;
• разработка холодильных машин и тепловых насосов с механической компрессией пара;
• разработка воздушных холодильных машин и систем охлаждения на базе вихревых труб;
• анализ энергосберегающих систем на основе теплоиспользующих холодильных машин и тепловых насосов;
• разработка термоэлектрических систем охлаждения;
• разработка холодильных машин, работающих на многокомпонентных рабочих веществах;
• разработка систем очистки - и опреснения сточных и засоленных вод и промышленных стоков.
Эти научные задачи легли в основу многих разработок
кафедры холодильных машин, за которые были получены авторские
свидетельства и патенты. Отдельные работы удостоены медалей ВДНХ СССР и Украины, премий Минвуза СССР и Украины, отраслевых Министерств и ведомств. Свыше 20 сотрудников кафедры были награждены Почетным знаком «Изобретатель СССР». В настоящее время на кафедре холодильных машин продолжаются работы по генеральному научному направлению, заложенному В.С.Мартыновским, энергосберегающим технологиям и системам, их реализующим. К ним относятся:
• энергосберегающие системы на основе теплоиспользующих холодильных машин и тепловых насосов;
• многоцелевые и комбинированные системы тепло- и хладоснабжения, дальний транспорт теплоты и холода;
• термодинамический анализ, синтез и оптимизация обратных термодинамических циклов, схем и аппаратного состава холодильных машин, тепловых насосов и термотрансформаторов, и связанная с этим под-тема «холодильные машины, тепловые насосы и термотрансформаторы с механической компрессией пара (теория, расчет, проектирование)».
Борис Адольфович Минкус 1904-2004) был в числе первых, кто под руководством С.Д.Левенсона и В.С.Мартыновского начал формировать «одесскую школу холодильщиков». 50 лет Б.А.Минкус проработал на кафедре холодильных машин. Научное направление, которое он возглавил с 1949 года, получило всемирную известность - теплоиспользующие холодильные машины. Он был старейшим специалистом-холодильщиком как в СНГ, так и в мире. За 50 лет педагогической деятельности тысячи студентов слушали его лекции, сотни были его дипломниками и десятки аспирантами и докторантами. Его стараниями была сохранена преемственность поколений между основателями «одесской школы холодильщиков» и нынешними ее представителями, к которым относится и автор. Все годы на кафедре холодильных машин работал сплоченный коллектив, сумевший сохранить высокие традиции кафедры, ее научный и нравственный потенциал. Частыми гостями кафедры были все выдающиеся специалисты в области холодильной техники и термодинакими СССР. В личных и научных контактах с ними формировалась мощная «русская (советская) школа» холодильной техники, существенный вклад в развитие которой был сделан именно «одесской школой» термодинамики и холодильной техники.
