Еще в древние времена люди придумывали способы, как хранить продукты в течение длительного времени. Изначально продукты охлаждались с помощью обычного снега и льда, которые срезали уже в ноябре – декабре месяце. В глубоких подвалах снег и лед укладывали в особом порядке и в таком импровизированном холодильнике замороженные рыба, оленина или ягоды могли храниться месяцами. Но, конечно, эффективность такого способа была не слишком велика, и далеко не всегда людям удавалось «приручить» холод. Кроме того, у южных народов не было возможности использовать подобные ледяные подвалы, поэтому им приходилось хранить продукты по-другому – они солили мясо, сушили фрукты и грибы. История прошагала не одну тысячу лет до появления у человечества прототипа современного холодильника.
Содержание:
История создания современного холодильника
Селитра и эфир
Сегодня мы знаем, что уже в Средние века, параллельно с использованием колотого льда и организации специальных ледников, люди пытались найти способы, как охладить продукты. Например, в ходе экспериментов средневековые исследователи обнаружили, что селитра, растворяясь в воде, поглощает большое количество тепла, вызывая значительное снижение температуры окружающей среды. Это свойство можно было использовать для искусственного охлаждения.
Если смешать селитру не с обычной теплой водой, а со льдом, то тогда можно получить состав, с помощью которого можно охлаждать продукты или напитки до температуры значительно ниже нуля. Данный способ еще в XVI веке применялся для охлаждения вина. Но вследствие высокой стоимости он так и не нашел широкого коммерческого применения.
Для охлаждения продуктов в Средние века в ход шли и другие химикаты. В 1748 году профессор медицины университета Глазго и известный хирург Уильям Каллен применил способ охлаждения при интенсивном испарении. Он в качестве хладагента использовал диэтиловый эфир, кипящий в вакууме. В созданной Калленом установке этот эфир в процессе испарения в виде газа переходил в другую емкость, где, конденсируясь при комнатной температуре, отдавал в атмосферу отобранное в холодильной камере тепло. Это была первая успешная попытка организации постоянной генерации холода в циклическом процессе, что является основной современных бытовых холодильников.
Однако широкого распространения эти способы охлаждения не получили. По-прежнему для хранения продуктов использовался преимущественно лед и снег. В США в начале XIX столетия из этого даже сделали очень успешный бизнес – тут на коммерческой основе собирали лед с поверхности рек и озер. Масштаб деятельности был таков, что поставки льда из Америки осуществлялись даже в отдаленные тропические регионы.
Богатые люди приобретали для своих домов специальные ледники в виде кухонных шкафов, состоявшие из отсека для льда и камеры для продуктов. Талую воду через кран спускали в поддон. Однако лед таял при температуре ноль градусов и для хранения скоропортящихся продуктов возможностей таких ледников явно не хватало. Иногда ко льду добавляли соль, пользуясь старинными рецептами, но это оборачивалось лишь увеличением расхода льда, которого и так катастрофически не хватало.
Аммиак
В этой связи, несмотря на бурный расцвет предприятий по сбору натурального льда, не прекращались попытки открыть более совершенные способы охлаждения продуктов. В середине XIX века француз Фердинанд Каре придумал оригинальный способ получать искусственный лед с помощью абсорбции аммиака. В 1862 году на выставке в Лондоне он представил свой аппарат на основе водно-аммиачной смеси, способный производить до 200 килограмм льда в час. Впоследствии появились еще несколько подобных громоздких и тяжелых холодильных машин, в которых использовались такие едкие хладагенты, как аммиак и сернистый газ.
Теплые зимы конца 80-х годов XIX столетия серьезно ударили по предприятиям, занимавшимся сбором натурального льда. Благодаря этому начали появляться заводы по производству искусственного льда, которые в скором времени практически полностью вытеснили с рынка сборщиков натурального льда. Однако до применения новых хладагентов в домашних холодильных установках еще было далеко. Для массового потребителя, по сути, ничего не поменялось – просто вместо натурального льда в прообразах современных холодильников они использовали искусственный.
Основой для домашнего холодильника стала разработка немца Карла фон Линде, который придумал способ сжижения газов и компрессор, работающий на аммиаке. В 1893 году американец Элайя Томсон подвел к такому компрессионному холодильнику электричество. Наконец, в начале XX столетия компания «Дженерал Электрик» запустила в продажу первый холодильный агрегат под названием «Одифрен», предназначавшийся для применения, как в домашних условиях, так и в торговле. Это революционная для своего времени машина отличалась хорошим теплообменом, отсутствием сальников и легкостью в обслуживании. Постепенно выпуск домашних холодильников с компрессором на основе аммиака наладили и другие производители.
Фреоны
Однако у первых домашних холодильных установок была серьезная проблема, связанная с тем, что при поломке агрегата аммиак высокой концентрации начинал контактировать с людьми, что порой приводило к смертельным исходам. Поэтому ученые искали другие, более безопасные вещества, которые можно было бы использовать в качестве хладагентов в бытовых холодильниках. Так, в 30-е годы прошлого столетия в нашей жизни появились фреоны – особые химические соединения на основе метана или этана. Их преимуществом являлось то, что они были безвредны для человека и не имели неприятного запаха.
Для обозначения фреонов стала использоваться латинская буква R. Например, первый фреон – дифтордихлорметан – получил обозначение R-12, а фреон на основе чистого метана – R-50. Начался промышленный бум, связанный с применением в холодильных установках нового хладагента. С течением времени путем смешения газов метана и этана было получено несколько десятков разновидностей фреонов, которые отличались по своим свойствам и химическому составу.
Основные требования, которые предъявлялись к фреонам для их успешного использования в бытовых холодильниках, заключались в минусовой температуре кипения при атмосферном давлении, конденсации при низком давлении, высокой теплопроводности и хладопроизводительности, а также низкой цене. Лучшего всего этим требованиям отвечали фреоны R-12 и R-11, которые широко использовались в бытовых холодильниках. Именно в 30 – 40-е годы прошлого столетия были заложены те конструктивные особенности, которые мы можем увидеть в современных домашних холодильниках.
Принцип работы холодильника
Сначала сжатый компрессором фреон, будучи в газообразном состоянии, поступает в конденсатор холодильника, где превращается в жидкость и отдает тепло окружающей среде. После этого через регулирующий вентиль жидкий хладагент поступает уже в испаритель, который размещается внутри теплоизолированной морозильной или холодильной камеры. Давление начинает падать, в результате чего хладагент закипает, испаряется и снова превращается в газообразное состояние. При этом он отбирает тепло у окружающего воздуха. Вследствие этого камера холодильника охлаждается. Далее испарившийся хладагент опять сжимается компрессором и попадает в конденсатор. Этот цикл повторяется снова и снова.
Фреоны и озоновый слой
Казалось бы, благодаря появлению фреонов был найден идеальный способ охлаждения продуктов и история создания современного холодильника завершена. Уже к середине 70-х годов прошлого века объем производства хладагента R-12 достиг 340 тысяч тонн. Значительная часть этого объема предназначалась именно для использования в домашних холодильных системах. Но в 80-е годы ученые стали проводить исследования, касающиеся причин нарушения озонового слоя Земли. Они пришли к выводу, что многие используемые в холодильных агрегатах фреоны наносят ощутимый вред озоновому слою и способствуют возникновению парникового эффекта, поскольку имеют свойство задерживать инфракрасное излучение, которое испускает земная поверхность.
Уровень опасности фреонов для озонового слоя планеты во многом определяется содержанием его трех составляющих – хлора, фтора и водорода. Если атомов водорода во фреоне мало, то он может не разлагаться достаточно длительное время, не нанося, соответственно, сильный ущерб окружающей среде. Но при увеличении в его составе атомов хлора растет способность фреона к разрушению озонового слоя.
Для защиты озонового слоя нашей планеты в 1987 году был подписан «Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой», который предусматривает постепенное сокращение производства и потребления ряда вредных фреонов в различных странах. Некоторые фреоны перестали использоваться в холодильниках, в частности, R-10 и R-110. В 90-е годы в список запрещенных фреонов попали также R11, R12 и R502, наносящие, по мнению ученых, серьезный вред озоновому слою.
В силу того, что фреоны перестали восприниматься как безвредные и экологически безопасные хладагенты, началась разработка новых, более качественных по своим свойствам веществ, которые можно было бы использовать в бытовых холодильниках. В разработку альтернативных хладагентов в последние годы вкладываются серьезные средства. Некоторые производители холодильного оборудования на сегодняшний день уже перешли на применение хладагентов из изобутана. Также в качестве альтернативных хладагентов нередко используются углеводороды, азот или диоксид углерода. Однако пока говорить о каких-либо серьезных успехах в этом плане преждевременно.
Материал предоставлен супермаркетом электроники ЭЛЕКТРОЗОН.