Холодильник. История создания, устройство и перспективы развития

Холодильник — устройство, поддерживающее низкую температуру в теплоизолированной камере. Применяется обычно для хранения пищи или предметов, требующих хранения в прохладном месте.

История создания

Помещения для хранения продуктов, наполняемые льдом, появились несколько тысяч лет назад. Для императора Нерона слуги заготавливали на замерзших водоемах в горах снег и лёд. Южная Европа долгое время даже не подозревала, что снег и лед способны принести пользу в хозяйстве. Знаменитый путешественник и купец Марко Поло после длительного пребывания в Китае написал книгу, в которой описал все достоинства льда и снега.

Начиная с XVIII века ёмкости из фаянса и фарфора заполнялись бутылками с вином, после чего сверху укладывали колотый лёд. Своеобразный холодильник подавали прямо к столу.

В России широко использовались ледники, которые представляли собой сруб, врытый в землю. Набитый большим количеством снега и льда, укрытый толстым настилом, поверх которого была насыпана земля и уложен дерн, такой ледник позволял хранить длительное время скоропортящиеся продукты.

В 1686 году итальянец Франческо Прокопио открыл в Париже кафе Прокоп, которое пользовалось популярностью у парижан за счёт того, что в нём продавали замороженные щербеты и мороженое.

В 1803 году американский предприниматель Томас Мур, поставляющий в Вашингтон сливочное масло, представил миру прототип кухонного холодильника, изготовленного своими руками. Не имея возможности доставлять масло к месту назначения специальным транспортом, он разработал, а затем воплотил в жизнь модель, которая позволяла хранить продукты длительное время. Для изготовления рефрижератора, именно так предприниматель назвал своё изобретение, ему понадобились тонкие листы стали, из которых и была изготовлена ёмкость для масла. Обёрнутая шкурками кролика, ёмкость была помещена в специальную бадью, изготовленную из кедровых клепок, и затем засыпана сверху льдом.

14 июля 1850 года американский врач Джон Гори впервые продемонстрировал процесс получения искусственного льда в созданном им аппарате. В своём изобретении он использовал технологию компрессионного цикла, которая применяется в современных холодильниках, а сам аппарат мог служить одновременно морозильником и кондиционером.

В 1857 году австралиец Джеймс Харрисон стал применять холодильные камеры, работающие с использованием компрессора, в пивоваренной и мясообрабатывающей промышленности.

В 1857 году был создан первый железнодорожный вагон-холодильник.

Французский учёный Фердинанд Карре в 1858 году придумал, как за счёт абсорбции аммиака можно получать искусственный холод — придумал первую абсорбционную холодильную машину. Несмотря на то, что его способ был очень удачным, об изобретении забыли на несколько десятилетий.

В начале XX века в Москве была открыта фирма, которая предлагала всем желающим агрегат под названием «Эскимо». Данное устройство было изготовлено по принципу, предложенному Фердинандом Карре. При своих больших габаритах, устройство не издавало громкого шума и было универсальным. Для работы необходимы были уголь, дрова, керосин или спирт. Один цикл работы «Эскимо» позволял получить 12 кг льда.

В 1879 году аристократ из Германии Карл фон Линде изобрёл устройство с компрессором, для работы которого он использовал аммиак. Благодаря его холодильной машине появилась возможность производить лёд в огромном количестве. Данные агрегаты сразу же закупили многие бойни и фабрики, изготавливающие пищевые продукты. Принцип работы представлял собой циркуляцию холодного рассола по системе труб, которая была разветвлена, таким образом помещение, в котором хранились продукты, охлаждалось. Данное изобретение позволило многим предпринимателям открывать холодильные склады больших размеров.[2]

Первый бытовой электрический холодильник был создан в 1913 году. Как и промышленные холодильники, он работал с использованием принципа теплового насоса. В первых бытовых холодильниках в качестве охлаждающей жидкости использовались достаточно токсичные вещества.

В 1926 году Альберт Эйнштейн со своим прежним студентом Лео Силардом предложили вариант конструкции абсорбционного холодильника, именуемого эйнштейновским.

В 1926 году датский инженер Кристиан Стинструп представил миру бесшумный, безвредный и долговечный холодильник, предназначенный именно для дома. Герметичный колпак скрывал как электродвигатель холодильника, так и его компрессор. General Electric приобрела патент на его изобретение.

Первая получившая широкое распространение модель холодильника Monitor-Top была произведена фирмой General Electric в 1927 году. General Electric продала более 1 млн экземпляров Monitor-Top.

С 1930 года в качестве хладагента в бытовых холодильниках применяется фреон. В 1940-е годы в холодильниках появляются морозильные отделения, также возникают обособленные морозильные шкафы. В 1950—1960-е годы на рынок выходят холодильники с функцией размораживания.

В СССР первые образцы бытового холодильника производятся в 1937 году. Серийный выпуск холодильников ХТЗ-120 начался в 1939 году на Харьковском тракторном заводе. Ёмкость камеры составляла 120 литров, до начала Великой Отечественной войны выпущено несколько тысяч единиц.

В 1951 году автомобильный завод ЗИС выпустил первую партию знаменитых холодильников «Москва». Холодильники «Москва» отличались высоким качеством изготовления и долговечностью — многие холодильники продолжают работать спустя полвека, однако достигнуто это было ценой высокой трудоёмкости изготовления и расхода большого количества металла[3].

К 1962 году холодильники имели: в США — 98,3 % семей, в Италии — 20 %, а в СССР — 5,3 % семей.

Описание принципа действия единицы  техники со схематизацией физического принципа работы

Холодильники системы NO FROST отличаются от холодильников с обычной системой охлаждения тем, что в морозильной камере они не имеют привычного испарителя из металла, на который укладываются замораживаемые продукты.

Испаритель, который правильнее называть воздухоохладителем, в таких моделях скрыт за пластиковыми панелями, а холодильная камера вообще не имеет своего испарителя. Продукты в холодильниках NO FROST охлаждаются циркулирующим по камерам холодным воздухом, охлаждённым при прохождении через воздухоохладитель.

Конструктивно испаритель (воздухоохладитель) в холодильниках NO FROST в большинстве моделей холодильников внешне напоминает автомобильный радиатор

и может располагаться как в верхней, так и в нижней части морозильной камеры или за панелью на задней стенке этой камеры. За испарителем устанавливается вентилятор, который забирает воздух из морозильной и холодильной камер и прогоняет его через испаритель.

При прохождении через испаритель воздух охлаждается и по системе каналов направляется на охлаждаемые продукты. Большая часть охлаждённого воздуха поступает в морозильную камеру, а меньшая – по дополнительному каналу в холодильную.  Исключение составляют холодильники FROST FREE, в холодильной камере которых установлен “плачущий” испаритель, и холодный воздух циркулирует только в пределах морозильной камеры.

Вопреки названию системы NO FROST (что у нас переводится как “без инея”), иней всё-таки образуется – просто его не видно, т.к. он образуется на закрытом от глаз испарителе. Периодически, раз в 8-16 часов, этот иней оттаивается нагревательными элементами, расположенными под испарителем или вмонтированы непосредственно в его конструкцию.

Командует оттайкой либо механический, либо электронный таймер. Подробнее о системе оттайки Вы можете узнать ниже на примере холодильника STINOL-104.

На данной схеме не изображены пуско-защитное реле, датчик задержки вентилятора и некоторые другие элементы, чтобы не усложнять схему.

Условные обозначения:

• Пр – плавкий предохранитель;

• Т-Т – терморегулятор;

• 1, 2 и 3 – контакты таймера;

• МТ- моторчик таймера;

• R1 – нагреватель испарителя;

• R2 – нагреватель поддона каплепадения;

• ДП – датчик перегрева;

• МВ -мотор вентилятора;

• L 1 – индикаторная лампа.

Принцип работы:

• При включении холодильника питание 220В подаётся на плавкий предохранитель ПР через включенные контакты термостата Т-Т, далее через контакты 1 и 2 таймера на мотор вентилятора и на мотор-компрессор.
• Датчик перегрева в тёплом состоянии разомкнут, и ток через моторчик таймера не проходит, т.е. таймер в начале работы холодильника не работает. При понижении температуры в морозильной камере датчик перегрева, установленный на испарителе, замыкается, и таймер начинает отсчитывать время работы холодильника в режиме замораживания.
• Отсчитав цикл замораживания, таймер размыкает контакты 1 и 2 и замыкает контакты 1 и 3. При этом разрывается цепь питания вентилятора и мотор-компрессора, и включаются нагреватели R1 и R2. Пока датчик перегрева замкнут, ток на моторчик таймера не поступает, и таймер не работает.
• Температура на поверхности испарителя повышается, иней с него оттаивает, и из-за повышения температуры на испарителе размыкаются контакты датчика перегрева. Начинает работать моторчик таймера, и через некоторое время таймер размыкает контакты 1 и 3 и замыкает контакты 1 и 2. Запускается мотор-компрессор, вентилятор, и начинается цикл замораживания.

Тенденции и перспективы развития холодильников

Национальные особенности быта и питания, средний уровень жизни, состояние промышленности и ее способности воплощать замыслы конструкторов в реальные изделия диктуют потребительские и технические характеристики бытовых холодильных приборов (БХП), отвечающие разнообразным требованиям поктелей.

  По мере изменения уровня и стиля жизни людей меняются и их требования к покупаемым изделиям. Требования покупателей к выбираемому холодильнику определяются их финансовым положением, жилищными условиями и индивидуальными эстетическими запросами. 
 Под влиянием требований покупателей происходят постоянные изменения БХП. Конструкторы создают все новые «новинки», а производство осуществляет их освоение. Благодаря непрерывному совершенствованию техники и просвещению покупателей, изделия, при первом появлении на рынке пользовавшиеся весьма ограниченным спросом, становятся широко популярными. Более дорогие БХП повышенной комфортности и ограниченного спроса переходят в разряд массовых с умеренными ценами. Престижные и элитные БХП занимают место моделей повышенной комфортности.

  По мере изменения уровня и стиля жизни людей меняются и их требования к покупаемым изделиям. Требования покупателей к выбираемому холодильнику определяются их финансовым положением, жилищными условиями и индивидуальными эстетическими запросами. 
 Под влиянием требований покупателей происходят постоянные изменения БХП. Конструкторы создают все новые «новинки», а производство осуществляет их освоение. Благодаря непрерывному совершенствованию техники и просвещению покупателей, изделия, при первом появлении на рынке пользовавшиеся весьма ограниченным спросом, становятся широко популярными. Более дорогие БХП повышенной комфортности и ограниченного спроса переходят в разряд массовых с умеренными ценами. Престижные и элитные БХП занимают место моделей повышенной комфортности.

  Специалисты уже много лет озабочены идеей создания бытового холодильника с использованием естественного холода для охлаждения продуктов. В Америке более 20 лет назад разработаны конструкции холодильников, использующих естественный холод, когда температура окружающего воздуха вне помещения ниже температуры в охлаждаемой камере.

  Специалисты уже много лет озабочены идеей создания бытового холодильника с использованием естественного холода для охлаждения продуктов. В Америке более 20 лет назад разработаны конструкции холодильников, использующих естественный холод, когда температура окружающего воздуха вне помещения ниже температуры в охлаждаемой камере.

  Рабочие температуры в камерах современных БХП составляют от +14 С до -18 С, а окружающие температуры воздуха в зимнее время во многих регионах опускается ниже -30 С. При всей остроте энергетического кризиса серийное производство наиболее экономичных холодильников с использованием естественного холода (хотя бы для регионов с умеренным и холодным климатом) до настоящего времени не налажено. Имеются только единичные разработки.

  Рабочие температуры в камерах современных БХП составляют от +14 С до -18 С, а окружающие температуры воздуха в зимнее время во многих регионах опускается ниже -30 С. При всей остроте энергетического кризиса серийное производство наиболее экономичных холодильников с использованием естественного холода (хотя бы для регионов с умеренным и холодным климатом) до настоящего времени не налажено. Имеются только единичные разработки.

  Автомобильные и судовые холодильники в пути питаются от бортовой сети автомобиля/судна 12/24 В, а на стоянке от стационарной бытовой сети 220/115 В. В Америке, Швейцарии, Швеции, Франции и Японии созданы транспортные холодильники с питанием от альтернативных источников энергии (газ, керосин, бензин, солнечная энергия). Холодильники с питанием от альтернативных источников энергии особенно необходимы для людей, которые живут и работают в полевых условиях. 
   Надежность и цена во все времена остаются определяющими критериями для внедрения «новинок» в производство БХП.