Древний холодильный склад

Многовековая история компрессорного оборудования для холодильных устройств началась в связи с развитием технологий охлаждения. Вначале – небольшой экскурс в прошлое, к тем временам, когда люди не представляли себе возможности создания искусственного холода.

Охлаждение и замораживание продуктов с целью их сохранения применялось человечеством с давних времен. Использование снега и льда для охлаждения продуктов долгие века было единственным способом их сохранения. Этот способ еще за тысячу лет до нашей эры был распространен в древней Греции, Риме, Китае.

Однако подобный метод охлаждения был практически неприменим в жарких странах. В Индии, например, для охлаждения использовали сосуды, обернутые мокрой тканью. Если выставить такой сосуд на ветер, можно добиться снижения температуры содержимого сосуда ниже температуры окружающего воздуха.

Несмотря на отсутствие современных хладагентов, компрессоров и других составляющих холодильных устройств, в цивилизациях Древнего мира умели даже охлаждать воздух, используя испарение воды. Арабы, например, использовали для этой цели конструкцию в виде цилиндра, изготовленную из раковин, травы и гальки, скрепленных сетью. Устройство насыщали водой, устанавливали на ось и размещали у входа в шатер с наветренной стороны, где специально приставленный раб вращал его в течение ночи.

В Индии же, используя капиллярные свойства волокон пальмы, научились автоматически подавать воду к испаряющей поверхности: двери в жилищах изготавливали в виде каркасов, обвитых пальмовыми волокнами. Охлаждение воздуха в помещении достигалось за счет прохождения его сквозь влажный слой волокон, влажность которых поддерживалась простым опусканием их в сосуд с водой.

В древней Персии для охлаждения воздуха в шатрах в сильную жару просто набрасывали на шатры войлок, который периодически увлажняли по мере высыхания. Использование именно воды для охлаждения воздуха объяснялось, прежде всего, ее доступностью и безопасностью, и, самое главное (хотя в те времена это еще не было известно), ее уникально высокой теплотой испарения – 539 ккал/кг. А это значит, что тепло, поглощенное при испарении 1кг воды эквивалентно охлаждению 100м3 сухого воздуха на 18 градусов Цельсия.

Если первые способы охлаждения продуктов предполагали использование естественных источников холода: снега и льда в специально созданных ледниках, более низкой, чем окружающий воздух, температуры глубоких почвенных слоев при хранении продуктов в ямах, испаряющейся воды, вызывающей охлаждение, то в дальнейшем необходимость получения более низких температур, а, следовательно, увеличения срока хранения продуктов, привела к появлению новых методов охлаждения.

Лишь в 16 веке н. э. для замораживания продуктов стали применять смеси льда с солью. Было замечено, что растворение некоторых солей (например, селитры) в воде сопровождается поглощением тепла, приводящим к значительному понижению температуры окружающей среды. При смешивании селитры не с водой, а со льдом удалось добиться охлаждения продуктов или напитков до температур ниже 0 градусов, что позволило этому открытию приобрести быстро растущую популярность. Охлаждение вина и соков и даже производство мороженого было связано с использованием этого первого в истории способа искусственного охлаждения. Высокая стоимость не дала возможности этому способу получить массовое распространение, однако и сегодня это открытие является незаменимым при необходимости быстрого охлаждения в полевых условиях. Имеются в виду, так называемые, гипотермические пакеты, представляющие собой герметичные емкости, заполненные водой, с находящейся внутри капсулой с аммиачной селитрой. При механическом воздействии на такой пакет (ударе, сжатии), капсула разобьется и селитра, растворяясь в воде, вызовет охлаждение пакета на 10-15 градусов.

Первые достоверные сведения об искусственном получении льда из воды относятся к 18 веку, когда Гюллен для получения льда использовал откачку насосом пара из-под стеклянного колпака, под которым размещался сосуд с водой.

Однако холодильные машины, получившие практическое применение, появились только в 19 веке.

В простых холодильных устройствах использовалось явление поглощения тепла из охлаждаемой среды при переходе вещества из жидкого агрегатного состояния в газообразное при условии постоянной температуры и давления. Легко заметить, что при попадании воды, спирта или эфира на кожу, чувствуется охлаждающий эффект, так как при испарении жидкости часть тепла забирается. Напротив, уже нагретые пары воды или другого хладагента переходят при этом в окружающую среду с отдачей части полученного тепла.

Первая попытка создать холодильник, основанная на использовании свойства охлаждения жидкости при интенсивном ее испарении, была предпринята профессором медицины университета Глазго Уильямом Калленом в 1748 году, ускорившим процесс охлаждения, нагревая диэтиловый эфир в условиях частичного вакуума. Использование диэтилового эфира можно считать первой попыткой использования для испарения более простого вещества, чем вода. Ускорение процесса охлаждения было связано с более высокой скоростью испарения эфира в сравнении с водой. Использование вакуума позволило понизить температуру кипения эфира ниже комнатной, что основывалось на уже известном к тому времени явлении снижения температуры кипения жидкости при понижении давления (так, например, некоторые вещества при достаточном разрежении могут кипеть даже при отрицательных температурах). В установке Каллена был осуществлен циклический процесс генерации холода: при испарении эфир в газообразном состоянии перемещался в резервуар, где происходила его конденсация при комнатной температуре, в результате чего отобранное им в холодильной камере тепло отдавалось в окружающую среду.

Таким образом, доказанная практически возможность производства холода в циклическом процессе, явилась началом развития технологий искусственного охлаждения.

Однако разработка Каллена не нашла практического применения в то время и так и осталась на стадии эксперимента, так же, как и холодильное устройство Оливера Эванса, спроектированное им в 1805 году. В устройстве Эванса, принцип действия которого был основан на эффекте, продемонстрированном Калленом, в качестве хладагента также использовался диэтиловый эфир. Эванс предложил простой и эффективный способ искусственного создания холода – использование замкнутого компрессионного цикла, заключавшегося в следующем: пары хладагента подвергались сжатию под давлением компрессором, в результате чего температура его кипения повышалась; после конденсации в охлаждаемом воздухом конденсаторе через регулировочный вентиль хладагент поступал в вакуум-испаритель, где закипал и испарялся, отбирая при этом затрачиваемое тепло из окружающей среды; затем вновь при помощи компрессора поступал в конденсатор. Установка Эванса предполагала легкость управления процессом: разница давлений в испарителе и конденсаторе, а, следовательно, и температура охлаждения в испарителе, зависящая от глубины вакуума, регулировалась простым открытием и закрытием регулировочного вентиля. Однако установка Эванса так и не была построена.