Как работает холодильник

В следующий раз, когда вы позволите себе охлажденный напиток в жаркий день, вспомните о том, что раньше подобное удовольствие могли позволить себе только очень богатые люди.

Торговля льдом

В начале XIX века, американский бизнесмен Фредерик Тюдор посетил Карибы, и ему пришла идея торговли льдом. Сначала его идея потерпела крах — лед быстро растаял. Кроме того, жители теплых стран не очень представляли, что же делать со льдом!

Тем не менее, оснастив корабли теплоизоляцией из древесной стружки и опилок, он сумел защитить лед от таяния. А возникшая мода на холодные напитки помогла ему уже в 1810 получить первую прибыль.

Сейчас мы воспринимаем холодильники как данность, но совсем недавно еще целые состояния делались на поставке льда, в специальных теплоизолированных контейнерах для продажи богачам.

До того, как появились холодильники, сохранение пищи требовало значительных трудозатрат: кто-то засаливал мясо, получая солонину. Другие вырывали глубокие подвалы, где круглый год сохранялась температура около 5°C. Можно было набить подвал глыбами льда, сложить туда еду и надеяться, что грызуны не доберутся до нее.

Изобретение холодильников поистине изменило жизни людей. Теперь сохранять еду в течение длительных сроков намного проще, а количество отравлений, связанных с испорченными продуктами сократилось.

Зависимость температуры испарения от давления

Если вы живете на уровне моря, температура кипения воды соответствует 100°C. Если же вы поднимитесь выше, в горы, температура уменьшится, из-за того, что уменьшается атмосферное давление. Чем ниже давление, тем ниже температура кипения. Так, на вершине Эвереста температура кипения составляет всего 69°C.

В основе холодильника лежит тот же физический принцип, что и в основе кондиционера. Вот он, сформулированный в одном предложении: при испарении жидкость отбирает тепло у окружающей среды.

Если протереть спиртом кожу, вы почувствуете холод — кожа охладится. Это происходит из-за того, что спирт быстро испаряется при комнатной температуре, отбирая при этом тепло.

Отец-изобретатель современного холодильника, Карл фон Линден на самом деле не изобрел сам холодильник. Он разработал технологию, как обеспечить процесс конденсации, которая имела один побочный эффект — охлаждение окружающей среды. Первый холодильник, созданный для сохранения еды появился в 1911 году, а в 1923 году появилась массовая модель под брэндом Frigidaire.

Задачи холодильника

Основная причина зачем люди покупают холодильник — это сохранять продукты в холоде. Низкая температура помогает пище дольше оставаться свежей и не портиться. Это происходит потому, что низкая температура существенно замедляет активность бактерий (которые содержаться в любой пище), и таким образом не дает бактериям портить пищу.

Например, бактерии приводят к прокисанию молока за несколько часов, если его оставить при комнатной температуре на столе. Но понизив температуру молока — мы можем сохранить его свежим в течении нескольких дней.

Если продукты охладить еще сильнее, в морозильнике, они могут оставаться свежими еще дольше — несколько месяцев (До тех пор, пока другие факторы, например, окисление, не испортят еду).

Охлаждение и заморозка — это два наиболее распространённых способа хранения еды сегодня.

Как устроен холодильник

Монреальский протокол

Одним из самых популярных хладагентов был фреон R22. Монреальский протокол 1987 года, в рамках которого все страны мира согласились на прекращение производства озоноразрушающих веществ, потребовал перейти от использования R22 (и некоторых других видов фреона) к более безопасным, например R410A, не содержащий хлора.

В холодильниках используется специальная жидкость хладагент, которая при кипении в процессе расширения (увеличения объема) отнимает тепло у охлаждаемого объекта, а затем после сжатия передает его обратно в окружающую среду при конденсации. Основными хладагентами являются аммиак, фреон — фтор- и хлорсодержащие производные углеводородов. При работе холодильника хладагент постоянно подвергается конденсации при сжатии и испарении при расширении. Как же это происходит?

Основные компоненты холодильника — это:

  • Сам корпус холодильника, который как термос, препятствует проникновению тепла снаружи.
  • Компрессор, который забирает газообразный хладагент из испарителя и сжимает его. При сжатии газ нагревается. Компрессор выталкивает сжатый газ в…
  • Конденсатор (выглядит в виде радиатора, или змеевика — тонких изогнутых трубки снаружи холодильника). В конденсаторе разогретый газ постепенно отдает тепло окружающей среде, и потеряв тепло конденсируется в жидкость.
  • Перед тем как попасть на следующий этап, фреон должен пройти через специальный термовентиль, который поддерживает разницу давлений между конденсатором и испарителем. В бытовых холодильниках в качестве термовентиля используется капилляр. Надо сказать, что капилляр очень уязви к возможным примесям и отложениям в хладагенте, поэтому чтобы капилляр не засорился и не пришел в негодность перед ним устанавливается специальный фильтр.
  • После термовентиля хладагент попадает в область низкого давления — испаритель. Испаритель по своей форме выглядит похоже на конденсатор (многочисленные изогнутые трубки), только расположен уже внутри холодильника. В испарителе за счет резкого уменьшения давления хладагент испаряется, отбирая при этом тепло.

Чтобы компрессор не работал на максимальной мощности все время, в холодильниках устанавливается термореле, которое включает компрессор только при необходимости.