История создания холодильного оборудования

ВГМХА

им. Н.В. Верещагина

Кафедра технологического оборудования.

Реферат по дисциплине:

«Введение в профиль».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

История создания холодильного оборудования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент 112 группы Сорокоумов Н.М.

Руководитель: доц. Кузнецова  Валентина Степановна

 

 

 

 

 

 

Вологда - Молочное

2012 год

Содержание:

1. Древние способы выработки холода.
2. XIX век – как зарабатывали деньги «ледяные короли».
3. Первые шаги к созданию искусственного холода.
4. Техника против «ледовых» урожаев.
5. XX век – холодильник приходит в дом.
6. Холодильник приобретает современный вид.
7. Хладагенты.
8. Литература.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

История создания холодильного оборудования. 

Древний холодильник

Древние способы выработки холода

Достоверно никто не знает, кто первым пришел к мысли о том, что многие продукты питания хранятся значительно дольше в охлажденном состоянии. Хотя, наверное, подспудно это чувствовали еще в древности, естественно полагая, что жизнь и тепло — понятия если не эквивалентные, то очень близкие. Тот небольшой опыт хранения продуктов, который существовал, подсказывал, что оставленная в тени еда сохранялась дольше, чем на солнце, а зимой продукты оставались пригодными для питания существенно дольше, чем летом.

Причина такого чудотворного влияния низкой температуры на продукты заключается в том, что со снижением температуры замедляется скорость жизнедеятельности и размножения бактерий и других микроорганизмов, присутствующих в продуктах. А если понизить температуру достаточно сильно, то «жизнь» бактерий вообще можно остановить.

Как же наши предки боролись за сохранность продуктов? Долгое время единственно доступным способом охлаждения продуктов было использование естественных источников холода — люди собирали в морозную погоду лед с рек и озер и затаривали им погреба и ямы-ледники, а летом там сохраняли продукты. Этим нехитрым приемом мудрые китайцы пользовались еще за тысячу лет до нашей эры. Так же поступали и многие другие древние цивилизации, например, греки и римляне.

Египтяне, в силу жаркого климата лишенные возможности запасать лед, использовали специальные сосуды с водой, охлаждавшиеся по ночам. Воздух в пустыне остывает быстро, и его температура ночью может падать почти до 0°С.

В жарком климате Индии нашел применение другой способ, основанный на эффекте понижения температуры жидкости при испарении. Если заставить испаряться жидкость достаточно интенсивно, то можно понизить температуру объекта ниже окружающего воздуха. Зная это, индийцы выставляли на ветер сосуд, обернутый влажной тканью. Конечно, эффективность столь примитивного способа невелика, значительного охлаждения с его помощью достичь невозможно. 
Средневековое мороженое.

Более технологичная и материалистически настроенная Европа искала иные способы понижения температуры. Как только мрачное Средневековье слегка приоткрыло возможность естественно-научных исследований, люди обнаружили, что некоторые соли, например, селитра, растворяясь в воде, поглощают большое количество тепла, вызывая значительное снижение температуры окружающей среды. Пользуясь терминами современной химии, можно сказать, что происходит эндотермическая реакция — реакция с поглощением тепла. Эту возможность понижения температуры можно назвать первым способом искусственного охлаждения. Если смешать селитру не с водой комнатной температуры, а со льдом, то можно получить состав, способный охладить продукты или напитки до температуры значительно ниже нуля. Это открытие широко использовалось еще в XVI веке для охлаждения вина, получения, ставших тогда популярными, охлажденных напитков и соков и даже мороженого.

К сожалению, из-за сравнительно высокой стоимости этот способ не получил широкого распространения среди населения и не нашел коммерческого применения. Однако, несмотря на свою дороговизну, это открытие используется и сейчас в современных, так называемых охлаждающих или гипотермических, пакетах («cold packs»), широко используемых врачами, учеными, туристами и спасателями при необходимости достичь быстрого охлаждения в полевых условиях. Эти пакеты представляют собой мягкие герметичные емкости с водой, внутри которых «плавает» капсула с аммиачной селитрой. При необходимости охлаждения ударяют по пакету, разбивая капсулу. Селитра растворяется в воде, и пакет охлаждается на 10-15°С.

Несколькими веками позднее в 1748 г. Уильям Каллен, профессор медицины университета Глазго, известный хирург и терапевт попытался использовать для охлаждения упоминавшееся выше явление охлаждения жидкости при интенсивном испарении. В отличие от индийцев он использовал не ветер и смоченную ткань, а диэтиловый эфир, кипящий в вакууме. Использование вакуума позволило понизить температуру кипения эфира ниже комнатной (к тому времени физики уже знали, что с понижением давления температура кипения жидкости понижается, поэтому при достаточном разрежении некоторые вещества могут кипеть даже при отрицательных температурах). В хитроумной установке Уильяма, испаряясь, эфир в виде газа переходил в другую емкость, где, конденсируясь при комнатной температуре, отдавал в атмосферу отобранное в холодильной камере тепло. Таким образом, был сконструирован аппарат, показавший на практике возможность постоянной генерации холода в циклическом процессе.

На основе данной технологии работает большинство современных бытовых холодильников. 1748 год можно считать годом рождения технологии искусственного охлаждения. К сожалению, практического применения в то время открытие искусственного охлаждения не нашло, оставшись только экспериментом.

 

XIX век — как зарабатывали деньги «ледяные короли»

К началу XIX в. все большую силу стал набирать Новый Свет, все настойчивее претендующий на ведущие роли. Однако в отличие от академической Европы, где проблема охлаждения решалась в Университетах, за океаном основной движущей силой и побудительным мотивом для любого действия была прибавочная стоимость. Поэтому, как только появился намек на потребность в охлаждении, эта потребность моментально была удовлетворена. Естественно, единственно известным и очевидным тогда способом.

Зимой 1799 г. в США впервые на коммерческой основе начался сбор льда с поверхности озер и рек. Со временем этот бизнес развился до таких масштабов, что были налажены поставки льда с севера даже в тропические регионы. В 1890 г. экспорт льда из США составил 25 млн. т. Наиболее удачливые коммерсанты, например, Фредерик Тюдор или Натаниэль Уайет, известные тогда как «ледяные короли», стали миллионерами. Ф. Тюдор стал знаменит тем, что в 1805 г. отправил 130 т льда из Америки в тропическую Мартинику. Но из-за отсутствия склада, подходящего для хранения такого непривычного для тропиков груза, почти весь лед растаял. Тюдор понес убытки в размере 3500$, огромную сумму в ценах того времени. Однако уже через год были подготовлены склады с необходимой теплоизоляцией. Впрочем, чтобы сделать торговлю льдом прибыльной, ему пришлось потратить целых 15 лет, преодолевая немалые трудности — в 1812-1813 гг. он даже провел некоторое время в долговой тюрьме. Во времена «ледяных королей» в Америке не было практически ни одного водоема, с которого зимой не снимали бы «урожай» льда.

Конечно, в Австралии или на Карибских островах, куда лед доставлялся за тысячи километров, покупали его лишь богатые люди, но в США к середине XIX в. многие семьи каждое утро получали свежий лед для своих «холодильников». Само название «холодильник» (англ. «refrigerator ») было впервые предложено в 1800 г. Томасом Муром, инженером и личным другом президента Джефферсона, а также одним из соучредителей Национального Сельскохозяйственного общества.

Корпус его «холодильника» был из кедра, внутри находился контейнер из металлических листов, изолированных от корпуса кроличьим мехом. В XIX в. такие устройства, быстро распространившиеся с развитием «ледяной» индустрии, чаще называли «айс-боксами» (ледяными ящиками). Как правило, они представляли собой деревянные ящики, обшитые внутри свинцом или оловом и имевшие два изолированных с помощью пробкового дерева, опилок или сушеных водорослей отсека: один — для охлаждаемых продуктов, другой — для льда, заменяемого по мере необходимости. Устройство было снабжено сборником талой воды, который необходимо было каждый день опорожнять. А служащих, занимавшихся доставкой льда, называли «айс-менами» (ледяными людьми).

В сороковых годах XIX в. появились и повозки-рефрижераторы, работавшие по тому же принципу и предназначенные для перевозки скоропортящихся продуктов, таких как молоко, масло или морепродукты. А в 1867 г. был запатентован железнодорожный вагон-рефрижератор с отсеками для льда в начале и в конце вагона и системой циркуляции охлаждающего воздуха. Первый такой вагон использовался для перевозки клубники на Иллинойской железной дороге.

 

Первые шаги к созданию «искусственного» холода

Несмотря на бурный расцвет процесса сбора натурального льда, попытки создать устройство для получения холода продолжались.

Уже в 1805 г. американец Оливер Эванс, инженер, известный своими разработками в области совершенствования паровых двигателей, создавший первую самоходную машину-амфибию на паровом ходу, предназначенную для чистки доков в Филадельфии, спроектировал охлаждающую установку, принцип действия которой был основан на эффекте, продемонстрированном Калленом. Хладагентом в установке должен был быть диэтиловый эфир. Чтобы создать простую и эффективно работающую холодильную машину, он предлагал использовать замкнутый, позволяющий легко управлять процессом, компрессионный цикл: компрессор сжимает под давлением пары хладагента, повышая этим его температуру кипения и позволяя сконденсироваться в охлаждаемом воздухом конденсаторе, из конденсатора через регулировочный вентиль хладагент попадает в вакуум-испаритель, где он закипает и испаряется, отбирая затрачиваемое на это тепло в окружающей среде и вновь втягивается компрессором в конденсатор. Таким образом, разницу давлений в испарителе и конденсаторе, и, соответственно, температуру охлаждения, достигаемую в испарителе (а она зависит от глубины вакуума), можно регулировать всего лишь открывая или закрывая регулировочный вентиль. Свою установку Эванс так и не построил.

Одна из первых холодильных машин

 

Первым человеком, воплотившим эти теоретические изыскания в жизнь, стал Джейкоб Перкинс, в 1834 г. создавший компрессионную установку, работавшую на эфире. Он получил первый в США патент на технологию искусственного охлаждения. Впрочем, этот патент не был единственным для него. Перкинс был известным инженером-изобретателем. На его счету, например, разработка нового метода изготовления и копирования печатных форм, позволившая значительно повысить защиту денежных знаков от подделки и начать печатание почтовых марок массовыми тиражами. Он также усовершенствовал паровую машину, создал станок для изготовления гвоздей одной операцией и многое другое.

Через 10 лет в 1844 г. американский врач Джон Гори создал основанную на компрессионном цикле установку, позволяющую производить лед для госпиталя и кондиционировать палаты. Таким образом, он стал пионером в технологии кондиционирования воздуха. В его планы входило начать серийное производство своих установок. Более того, в 1851 г. он получил первый в США патент на модель холодильного агрегата, однако в 1855 г. он скончался, так и не дождавшись начала производства своего детища.

Надо отметить, что дешевизна и доступность натурального льда в США в то время никак не способствовала коммерческому внедрению новых достижений в данной области. Другое дело Австралия. Здесь привозной американский лед был воистину на вес золота, и, возможно, именно это побудило британского журналиста Джеймса Харрисона, приехавшего в Австралию в 1837 г., начать создание своей компрессионной машины. Он не смог на месте завершить ее создание, но вернувшись в Англию, нашел помощников для окончания работ и в 1855 г. вновь приехал в Австралию с работающим холодильником. Здесь его машина оказалась более чем востребованной, и вскоре он заключил контракт на постройку холодильного устройства для пивоварни. Это было первое коммерчески успешное использование искусственного охлаждения.

Техника против «ледовых» урожаев

Тем временем, несмотря на очевидные успехи разработчиков компрессионных установок, параллельно шли разработки и альтернативных методов получения холода.

Примерно в то же время в 1810 г. в Великобритании профессор Эдинбургского университета Джон Лесли предложил использовать для охлаждения технологию, основанную на процессе абсорбции (поглощения) сернистого газа водой. Достоинством данного процесса является то, что его можно осуществить без использования движущихся частей, а в качестве источника энергии использовать обогрев с помощью обычной, тогда угольной, топки. Последнее было немаловажным фактором в XIX в., когда уровень развития техники затруднял создание достаточно мощных и компактных компрессоров, необходимых для работы холодильной установки компрессионного типа.

Однако первое работающее холодильное устройство абсорбционного типа было создано только сорок лет спустя в 1850 г. французом Эдмондом Карре. Его брат Фердинанд Карре усовершенствовал эту установку и в 1859 г. представил охлаждающее устройство, работавшее на основе абсорбции с использованием водно-аммиачной смеси. А в 1862 г. на выставке в Лондоне он представил свою машину, производившую до 200 кг льда в час. Эти первые образцы холодильных машин были очень громоздки и дорогостоящи, а используемые в них хладагенты (эфир, аммиак, сернистый газ) и образующаяся при растворении в воде серная кислота — ядовиты, едки либо огнеопасны. Все это тормозило практическое применение холодильных установок.

В конце XIX в., как это часто бывает, свою историческую роль в движении инженерной и научной мысли сыграла гражданская война. Одним из результатов начавшихся военных действий стали перебои, а затем и полное прекращение поставок льда с Севера в штаты Конфедерации на Юг страны. В это же самое время на Севере массовое распространение получило пивоварение, ставшее первой отраслью, в которой начала массово применяться система охлаждения продуктов. Пионером стала абсорбционная машина, запущенная бруклинской пивоварней S. Liebermann’s Sons Brewing Company в 1870 г.