История развития холодильной техники

Как сохраняли продукты наши далекие предки

Кто додумался до того что продукты в охлажденном состоянии хранятся гораздо дольше, чем в теплом мы конечно же определить не можем, как и невозможно определить изобретателя колеса. Однако с некоторого периода времени мы можем выделить ряд деятелей, вклад которых напрямую повлиял на то что сегодня в развитых странах ни одна семья не обходится без холодильника у себя дома.

Наши далекие предки даже не понимали, что продукты с низкой температурой сохраняются дольше благодаря тому что замедляется скорость размножения и жизнедеятельности микроорганизмов, находящихся в продуктах. Они просто знали, что чем сильнее охладить продукты, тем дольше он сохранятся. Способы достичь результата были у каждого свои, в зависимости от климата.

На территориях, где нет ни снега, ни льда из-за жаркого климата, использовали емкости с водой, которые ставили ночью в самые холодные места, какие только можно было найти. Эти сосуды в течении ночи охлаждались довольно сильно. Такой способ применяли, например в Египте, Персии.

В Индии где тоже всегда лето и много влаги люди использовали для охлаждения интенсивное испарение. Для этого они ставили на ветер сосуд, обернутый влажной тканью и по мере высыхания ткани смачивали ее заново.
По всему миру использовали погреба – помещения для хранения пищи с постоянной температурой. Устраивали погреба с давних времен и, продолжают использовать по сей день, и вряд ли, наступит тот день, когда человечество перестанет их использовать для хранения запасов. Вся хитрость устройства погреба заключается в том, чтобы грамотно использовать температурную инертность земли – правильно расположить, правильно утеплить, правильно проветривать. При соблюдении основных принципов устройства погреба можно добиться температуры в погребе в самый жаркий летний период не выше 10-15оС. Но дело в том что зимой погреб используется не для охлаждения, а как раз наоборот – для сохранения тепла. Так что летом – холодильник, зимой – одеяло. Существуют и природные сооружения, такие как пещеры, ущелья и тому подобное, в которых практически в любое время года температура постоянна, и, как правило, достаточно низкая.

Ледник Якчал в ИранеЛедник Якчал в Иране вид изнутриБольше на холодильники походят ледники – помещения для хранения продуктов со льдом или снегом. Разные народы их устраивали по-своему. Ледник Якчал в Иране, для хранения льда и продуктов в летнее время, сооружен в виде конуса. В Древней Руси использовали деревянные срубы врытые в землю, заполненные снегом или льдом. Такие ледники, при грамотном возведении и эксплуатации, способны сохранять лед практически от зимы до зимы. Подобные сооружения использовались в древнем Риме и древней Греции. Известно что во XII веке Салах ад-Дин (Саладин) однажды послал Ричарду I (Львиное Сердце) фрукты и лед (в некоторых источниках упоминается замороженный щербет).

В средние века в Европе ученые, экспериментальным путем, обнаружили, что некоторые вещества, например, всем известная селитра, при растворении в воде, забирают много тепла, сильно снижая температуру окружающей среды. Ну а если смешать селитру со снегом, то можно получить вещество, у которого температура будет ниже нуля. Такой способ охлаждения вполне мог использоваться при дворе королей, однако, селитра была крайне важным ингредиентом для производства пороха и очень дорога. Но это изобретение используется в наше время в гипотермических пакетах. Такие пакеты, не так давно, обязательно входили в состав обычной автомобильной аптечки.

Первый искусственный холод

Портрет Уильяма КалленаПрародителем технологии, ставшей основой для создания холодильников в 1756 году стал шотландский профессор химии и медицины Уильям Каллен значительно усовершенствовал способ охлаждения при помощи испарения жидкости. Однажды он продемонстрировал свой способ охлаждения. Вместо простой воды он стал использовать диэтиловый эфир, который имеет температуру кипения приблизительно 35оС. Чтобы уменьшить температуру кипения диэтилового эфира до комнатной он поместил его в герметичную емкость и начал откачивать воздух создавая пониженное давление. Диэтиловый эфир закипал при комнатной температуре и испарялся, поглощая тепло, охлаждая поверхность с которой он испарялся. Ему удалось создать на поверхности емкости немного льда. К сожалению то время это изобретение осталось недооцененным и не нашло коммерческое применение из-за наличия более простого и дешевого способа получения холода.

Ледяной короб (айс бокс)Ледяной короб (айс бокс)К середине XIX века богатые американцы стали использовать для охлаждения продуктов специальные ящики или шкафы. Это были устройства изготовленные по принципу прототипа рефрижератора, который в 1803 году представил один из дельцов Нового света Томас Мур. Чтобы доставлять сливочное масло летом в Вашингтон свежим он соорудил мини ледник, который можно было перевозить. Это была деревянная бадья, в которую на подставку помещалась железная емкость с маслом меньшего размера, пространство между деревянной и железной емкостями засыпалось льдом, а сама бадья утеплялась мехом, а в последствии и опилками и пробковым деревом. Он же и дал название своей конструкции «рефрижератор». Конечно он ничего особенного не предумал, просто дал совоему устройству название, которое стало использоваться совместно термином "ледяной ящик" уже спользуемый в то время.

Заготовка льда впрок на водоемах в СШАЗаготовка льда впрок на водоемахФотография Фредерика ТюдораВозникла необходимость пополнять запасы льда в рефрижераторах. Вместо того чтобы генерировать искусственный холод, сооружая сложные конструкции, предприимчивые люди стали строить целые склады с огромным количеством льда. Так, например, в Новом свете появились «ледяные короли». Они организовывали целые компании по заготовке, продаже и доставке льда. В пик своего расцвета в середине XIX века бизнес «ледяных королей» достиг таких размеров, что местами доставки льда стали даже южная острова Карибского бассейна и Индия. Самым предприимчивым «ледяным королем» был Фредерик Тюдор, который с 1806 года в возрасте 23 лет стал перевозить на кораблях лед утепляя его стружками, опилками и рисовой шелухой. Такой бизнес принесли ему большие деньги. В то время пока некоторые сколачивали состояние на продаже натурального льда в огромных количествах ученые, инженеры, мастера не оставляли попыток изготовить лед искусственно.

Портрет Оливера ЭвансаТак в 1805 году североамериканский инженер-конструктор, добившийся не малых успехов в усовершенствовании паровых машин и мукомольному производству Оливер Эванс также спроектировал, но так и не построил усовершенствованный вариант охладительной установки Уильяма Каллена. Эванс добавил в систему компрессор и регулировочный клапан которые позволяли регулировать давление внутри охладителя и конденсатора — понижая давление в охладителе можно было добиться более интенсивного кипения, а, следовательно, охлаждения. В то же время повышая давление в конденсаторе можно было увеличить температуру при которой кипит диэтиловый эфир и добиться его перехода в жидкое состояние с выделением тепла в более короткие сроки. Клапан же позволял проще управлять всем этим процессом. К стати Эванс первым в США получил патент на самоходную паровую машину - автомобиль-амфибию, при чем только со второй попытки, так как первую попытку восприняли в патентном бюро за глупую фантазию не имевшую ничего общего с реальностью.

Портрет Джона ЛеслиПортрет Джэйкоба ПеркинсаВ 1810 году шотландский математик и физик Джоном Лесли создал первую установку производившую искусственный лед на основе поглощения газа серной кислоты водой. Аппарат состоял из двух соединенных трубкой стеклянных сосудов — один с серной кислотой, другой — с водой. Воздух из первого сосуда предварительно откачивался ручным вакуумным насосом. Открывая вентиль соединительной трубки, получали резкое поглощение кислотой паров воды и замерзание воды. Производительность составляла 6 фунтов льда в час.

Воспользовавшись проектом Оливера Эванса американский изобретатель Джэйкоб Перкинс, построил и 14 августа 1835 года получил патент на «Прибор и средства для производства льда и охлаждения жидкостей».

Портрет Джона ГорриЧертеж холодильной машины Джона ГорриМузйный экспонат холодильной машины Джона Горри во Флориде СШААмериканский врач Джон Горри проводил исследования тропических болезней. В то время был теория, что заболевания вызывал «плохой» воздух. Для того чтобы дать людям «хороший» воздух он стал охлаждать палаты с больными с помощью емкостей подвешенных к потолку. Идея была такова. Холодный воздух тяжелее теплого опускается к пациенту вниз и унося с собой болезнь уходит через отверстия в полу. Для такого способы лечения требовалось много льда, который в то время поставляли «ледяные короли» и стоило это не малых денег. Поняв что на продаже холодильной установки можно заработать много денег он в 1845 году бросил медицинскую практику и занялся изобретением холодильной машины. Ему удалось изобрести машину компрессорного типа и 6 мая 1851 года он получает патент на изобретение «Улучшенный процесс для производства искусственного льда». Сбор средств для налаживания производства холодильных машин шел плохо благодаря антирекламе поставщиков натурального природного льда. Неожиданно его партнер в по бизнесу умер. В добавок Горри будучи подвергнутый унизительной критики со стороны «ледникового короля» Фредерика Тюдора заболел и вскоре умер в забвении в 1855 году так и не начав производство своей машины.

От экспериментов к практическому применению

Фотография Фердинанда КарреВ 1846 году два брата, французские учёные Фердинанд и Эдмонд Карре изобрели аммиачную холодильную машину. Несмотря на то, что способ был очень удачным, их изобретение какое-то время оставалось без должного внимания. В 1857 году Фердинанд получил патент на компрессионную холодильную машину, в которой использовались радиатор для охлаждения компрессора, мембранный клапан и сальники. В 1859 году он установил холодильную машину на одном из пивоварен в Марселе. В 1860 году Братья Карре продемонстрировали на выставке в Лондоне в машину производящую лед массой 200 кг в сутки. В 1877 году Фердинанд разработал холодильную установку для корабля-рефрижератора «Парагвай», предназначенного для перевозки замороженного мяса из Южной Америки во Францию. В 1878 году Фердинанд Карре участвовал в создании в первого охлаждаемого морга Париже. Его брат Эдмон устанавливал абсорбционные машины в парижских кафе для изготовления льда и мороженого.

 

Фотография Джеймса Прескотта Джоуля

В 1852 году Джеймс Прескотт Джоуль обнаруживает, измеряет и описывает в серии совместных с Уильям Томсоном работ связанных с изучением эффекта изменения температуры газа при адиабатическом дросселировании, известный как эффект Джоуля — Томсона, ставший впоследствии одним из основных методов получения сверхнизких температур, тем самым поспособствовав появлению физики низких температур как отрасли.

Фотография Уильяма Тимсона КельвинаВ 1852 году британец Уильям Тимсон Кельвин разработал принцип работы теплового насоса. В этом же году еще один британец Джеймс Прескотт Джоуль открыл совместно с Томсоном эффект изменения температуры газа при адиабатическом расширении, известный как эффект Джоуля — Томсона. Изменение температуры происходит при медленном протекании газа под воздействием постоянного перепада давления через пористую перегородку (дроссель). Этот процесс в последствии стал одним из основных способов получения низких температур.

Шотландский журналист Джеймс Харрисон намеревался задался вопросом о том как поставлять дешевое мясо из Австралии в Британию. Для перевозки мясо должно быть замороженным. Для получения прибыли за один переход надо было перевозить много мяса, но чтобы его перевезти надо было чтобы льда на корабле было еще больше, столько сколько ни один корабль тогда перевезти не мог. А вот если генерировать лед прямо на корабле по мере необходимости тогда это стало бы реальным. В 1854 году он строит холодильную машину в Австралии. Эта машина в качестве хладагента использовала эфир, имела пятиметровый маховик и могла производить да 3 тонн льда в день, который успешно продавался. По сути это было первый коммерческих способ применения холодильной машины. Уже к 1860 году было произведено несколько подобных холодильных машин, установленных на пивоварнях. Харрисон не оставляет свою идею о трансконтинентальной торговле мясом. Но для того чтобы производить лед на корабле был необходим источник энергии с запасами топлива для него этот факт заставляет его провести испытания. В 1873 году Харрисон в Мельбурне строит холодильную установку для заморозки мяса и рыбы. После шестимесячного эксперимента по заморозке мяса Харрисон вместо того чтобы поместить установку на корабль принимает решение загрузить корабль замороженным мясом соорудив на корабле ледник с запасами льда. По прибытию в Лондон мясо испортилось из-за того что лед стал расходоваться слишком быстро и его не хватило. Харрисон обанкротился и снова занялся журналистикой.

Фотография Томаса Сатклифф-МортаВ тоже время в Австралии предприниматель Томас Сатклифф-Морт, ища иные источники доходов помимо торговли сильно дешевеющей шерстью стал развивать сразу несколько направлений в том числе и разработки в области охлаждения продуктов. С 1860-х годов и до своей смерти в 1878 году он финансирует работы французского инженера Евгения Доминика Николь в области холодильной техники. Холодильные машины он использовал для наполнения льдом рефрижераторов на своей скотобойне и для сохранения масла и сыра при их перевозке. Чтобы разрекламировать свою продукцию Морт пустил специальный поезд где кормили продуктами, которые были заморожены в его рефрижераторах уже больше года.

В 1863 году Чарльз Теллер испытал и в 1864 году продемонстрировал на выставке в Париже холодильную машину с использованием изготовленного им компрессора, который работал на сжатие метилового эфира. Теллер запатентовал свое устройство в 1869 году. Также он открыл фабрику по производству своей машины. Мясоперерабатывающая промышленность США стала широко применять холодильные установки на метиловом эфире.

С 1860-х годов «ледяные короли» стали терять позиции на рыке льда из-за гражданской войны, борьбы с рабством (к стати формально рабства в США существовало аж до 2013 года) и загрязнения водоемов бытовыми стоками городов и промышленных предприятий, а после 1889-1890 годов, когда в США были теплые зимы, в следствии чего практически не было льда, а запасы в ледяных хранилищах быстро иссякли их крах стал неизбежен.

Холодильник приходит в дома

Фотография Карла фон ЛиндеНаверное самый большой вклад в распространение холодильных машин вес немецкий инженер, профессор Карл фон Линде. Первый холодильный агрегат, использующий метиловый эфир, он и его ученик Шиппер установили в 1874 году на одной из пивоварен в Мюнхене. С 1876 года он перешел на использование аммиака в своих холодильных установках. В 1879 году он создает компанию которая сейчас именуется как The Linde Group (Linde AG). Компания занималась не только холодильной техникой, но и разделением газов. Уже в 1880 году его бизнес стал приносить прибыль, а к 1890 году он уже продал 747 холодильных машин по всей Европе. После он активно переключился на внедрение технологий по разделению газов, например выделение чистого кислорода из воздуха с помощью охлаждения. Его компания к 1913 году продала около 8400 холодильных машин по всем миру, что безусловно выделяет его как самого коммерчески успешного бизнесмена в области холодильной техники того времени.

В одно и то же время с Линде свои исследования в США проводил шотландский эмигрант Дэвид Бойл. Его заинтересовала холодильная техника после того как он в 1865 году продал охлажденный лимонад на 8000 долларов. В 1872 году в Техасе он разрабатывает холодильную установку, компрессор которого работал на сжатие аммиака. Затем он создает свою компанию по производству охлаждающих машин. Как и в Европе его основными покупателями были пивоварни. Однако его компания просуществовала не долго.

Холодильники теперь на электричестве

Бытует мнение, что первым человеком оснастившим компрессор охлаждающей машины электрическим двигателем был Элиу Томсон и произошло это 1893 году. Однако, точно определить кто это был практически не возможно, так как в это время было очень много инженеров и компаний пытавшихся применить электродвигатели куда только возможно.

В 1895 году французский физик Марсель Одифрен изобрел и получил патент новый холодильный агрегат. А в 1910 году компания General Electric выпустила первый бытовой холодильник, названный Одифрен в честь своего изобретателя. Первые холодильники были очень большими. Камера для продуктов была утеплена пробкой и имела размер в несколько раз меньше самого аппарата, а стоил холодильник дороже автомобиля. Однако Одифрены пользовались спросом у богатых граждан. В общей сложности их было продано около 20000 штук и их производство прекратилось только в 1928 году.

В то время холодильники стали выпускать несколько компаний, однако, технически это были, парой все те же монстры XIX века — огромный шумный двигатель, большой шкаф с малым полезным объемом.

И наконец в 1915 году Альфред Меллоуз сконструировал холодильник у которого компрессор был вмонтирован в нижнюю часть холодильника. В 1916 году создается компания Guardian Refrigerator Company для выпуска этих холодильников. Но дело не пошло — было выпущено всего 40 холодильников за два года.

В 1918 году Guardian Refrigerator Company после покупки ее компанией General Motors сменила название на Frigidaire Corporation. И в 1921 году был выпущен первый цельнометаллический холодильник под маркой Frigidaire.

В 1926 году Лео Силард совместно с Альбертом Эйнштейном предложили миру и в 1930 году запатентовали абсорбционный холодильник. Это холодильник не имеет подвижных частей и использует в качестве источника энергии нагревательные элементы. Этот патент был приобретен компанией Electrolux, однако, хоть данный тип холодильных машин и имеет некоторые преимущества перед холодильниками компрессионного типа, они не получили массового распространения в быту, прежде всего из-за больших размеров, и массы, а также необходимостью постоянного источника тепла с высокой температурой.

В том же 1926 году датский инженер Кристиан Стинструп продемонстрировал холодильник с герметично упакованным компрессором и электродвигателем. Это решение позволило обезопасить людей от выбросов хладагент и уменьшить шум двигателя.

Фотография холодильника Monitor TopУже в 1927 году General Electric наладила производство самум продаваемую модель холодильника в то время Monitor-Top. Их было продано более 1 миллиона штук.

В 1928 году американский химик и инженер-механик корпорации General Motors Томас Мидгли синтезировал вещество, которое получило общее техническое на звание — фреон. Вообще фреон это не один газ, а целая группа газов, применяемых преимущественно в качестве хлад агентов.

С 1930 года компания Kinetic Chemical Company наладило промышленное производство газа Фреон-12 и в последствии ввела обозначение фреонов буквой R от Refrigerant — охладитель. С этого времени практически во всех компрессионных охладительных установках стали применяться фреоны.

С 1939 году компания General Electric наладила производство холодильников с морозильным отделением внутри холодильного.

В 1947 году опять же General Electric стала выпускать двухкамерные холодильники с раздельными морозильной и холодильной камерами.

Наклейка с указанием энерго-экономичности

С 1950-х годов в холодильниках для закрывания дверей стали применять магниты вместо защелок, что сделало конструкцию еще более надежной, долговечной и дешевой. С этого же времени в холодильники стали внедрять технологию No Frost, которая позволяет не отвлекаться на разморозку холодильника.

С 1992 Евросоюз вводит директивы, в соответствии с которыми бытовые товары, в том числе и холодильники, должны быть снабжены информацией о эффективность использования энергии. Энергоэффективность обозначается классами от A до G, где класс A имеет самую высокую энергетическую эффективность (самое низкое энергопотребление), и, соответственно, G – наоборот.

В настоящее время количество усовершенствований холодильников не поддается подсчету. Чуть ли не каждый день выходит в свет новая модель холодильника с теми или иными улучшениями. Остается только правильно подобрать холодильник под свои нужды и... надеяться что он не сломается.