У всех без исключения дома есть холодильник. У многих даже не один. Мы не помним времена, когда бытовых холодильников не было. Хранить продукты на льду? Хммм… А когда и кто изобрел холодильник в том виде, который всем знаком?
Когда-то давно, когда люди жили в землянках или пещерах, хранить продукты было практически невозможно. Всё надо было съедать как можно быстрее. Запасы, если случались, быстро портились. Конечно люди научились и практиковали различные способы заготовки продуктов впрок: сушили, вялили, коптили, солили и т.п. Но не замораживали! Хотя если предположить, что расселение людей на север, за Полярный круг, обусловлена новым способом заготовки продуктов, то замораживали, но далеко не все. Только чукчи и эскимосы. Свежее мясо раньше хранилось очень недолго. Со временем люди придумали холодильные подвалы — ле́дники, куда зимой заготавливалось приличное количество льда. В мультфильме «Холодное сердце» Кристоф, друг главных героинь, работает с малых лет как раз на заготовке льда.
Лёд брали речной или озёрный. Хороший хозяин мог построить землянку-ледник на своей земле. Такое сооружение, при правильной эксплуатации и хранении продуктов, выполняло свои функции целый год. Ле́дники бывают наземные и подземные, с верхним, центральным, боковым и нижним расположением льда.
Нас же интересуют современные холодильники, ведь вряд ли мы хотим заготавливать лёд, а потом освобождать достаточное количество пространства в своей квартире, чтобы произвести теплоизоляцию ледяных блоков(!) при помощи пенопласта, древесных опилок, торфа или любых других материалов (вакуум). Кстати, ведь в таком ле́днике можно получить понижение температуры до −15°С с помощью обычной соли. Обычно для ледосоляного охлаждения применяется смесь из мелкого льда и поваренной соли (NaCI); температура таяния смеси при 22,4% NaCI (по массе в растворе) равна -21,2°С. Но мы отвлеклись… Итак…
В вольном государстве Баварии, что в Германии, в 1842-м году в семье лютеранского священника родился прелестный мальчик. Родители души в нём не чаяли, а папа думал, что тот, когда вырастет, станет священником. Но Карл фон Линде, а именно так звали мальчика, выбирает свой путь и поступает в Цюрихский институт технологий, чтобы быть инженером. Именно он положил начало развития холодильного машиностроения в широких размерах, когда в 1874 г. создал первую аммиачную парокомпрессорную холодильную машину! Суть изобретения и работы машины в том, что объем, давление и температура всегда взаимосвязаны.
В современном холодильнике конечно используется вовсе не аммиак. Рабочим телом, тем, что будет расширятся при подводе к нему теплоты и сжиматься при охлаждении, выполняя работу, либо наоборот — нагреваться при сжатии и охлаждаться при расширении, является смесь газа фреон и минерального масла, в котором этот газ хорошо растворяется. Что значит газ растворяется? Ну вот бутылка с газировкой — отличный пример, как газ, углекислый, растворяется в воде при определенном давлении. Если давление убрать, т.е. открыть бутылку, то газ сразу же начнет выходить из жидкости — появятся пузырьки. Если бутылку оставить открытой надолго, газ может выйти полностью.
В холодильных машинах рабочее тело принято называть «хладагент». Он перемещается по замкнутому контору то нагреваясь, то отдавая тепло. Самая важная деталь в холодильнике — компрессор. Это специальный насос, который совершая работу не только прокачивает хладагент через контур, но и создает давление. Контур, кстати, тоже не простой — он состоит из испарителя и конденсатора, причем между ними есть ещё ма-а-аленькая перемычка, капилляр, ведь контур всё-таки замкнутый.
И так, сначала хладагент из испарителя (7) попадает в компрессор (1). Этот насос-компрессор засасывает в себя смесь масла и фреона, которая находится в этот момент в состоянии насыщенного пара. Затем компрессор-насос под давлением через нагнетательную трубку (2) закачивает хладагент в конденсатор (3), который представляет собой медную изогнутую трубку небольшого диаметра, где хладагент от давления сжимается и переходит из состояния газообразного в жидкое. Происходит конденсирование хладагента, однако температура его при этом повышается. Конденсатор находится снаружи холодильника и горячая жидкость, проходя по его трубкам, отдает тепло в окружающее пространство, пытаясь остыть до комнатной температуры. Если потрогать холодильник сзади или некоторые модели сбоку, то можно почувствовать — он теплый, а иногда даже горячий!
Потом под воздействием компрессора-насоса, через трубочку с отверстием настолько тонким, что ей придумали даже специальное слово — капилляр (5), хладагент поступает в испаритель (7). Испаритель тоже медная или алюминиевая трубка, но значительно больше диаметром, чем трубки конденсатора. Посмотри в своей морозилке — там можно увидеть испарители морозильной камеры (6). В любом случае наша масляно-фреоновая смесь попадает в куда более большой объем и её давление резко падает.
За счет этого происходит испарение хладагента — он закипает и превращается в пар. Растворенный в масле газ фреон стремительно его покидает! При этом вся эта смесь довольно сильно охлаждается. На сколько сильно? Это зависит от рабочего тела, а в нашем случае от свойств минерального масла и марки фреона. Кстати, иногда используют газ изобутан. В результате хладагент отнимает тепло у стенок испарителя, а испаритель, в свою очередь, охлаждает внутреннее пространство холодильника и продукты, содержащиеся в нем.
Затем хладагент постепенно остывает и снова попадает в компрессор, где потом засасывается в конденсатор и всё происходит по циклу, т.е. раз за разом. Таким образом, хладагент работает по циклу: в конденсаторе он под воздействием высокого давления конденсируется и переходит в жидкое состояние, выделяя тепло, а в испарителе под воздействием низкого давления вскипает и переходит в газообразное состояние, поглощая тепло.