125 лет холодильнику: многое ли изменилось за это время?

Альберт Маршал не был первым, кто придумал охлаждающий аппарат парокомпрессионного действия – шотландский физик Уильям Каллен опередил его почти на полтора века. В 1755 году Каллен ради  эксперимента соорудил прибор, состоявший из насоса и контейнера с диэтиловым эфиром. Насос создавал почти вакуумное пространство над контейнером, при этом эфир начинал поглощать тепло от прилегающего воздуха и закипал. В ходе эксперимента образовывалось небольшое количество льда.

 

Впрочем, первых идей практического применения такой аппарат ждал еще 50 лет. В 1805 году американский инженер и изобретатель Оливер Эванс описал замкнутую парокомпрессионную систему, при помощи которой можно было бы производить лед. Эта система также включала контейнер для эфира и насос, при помощи которого создавался вакуум.

Усовершенствовать задумку Эванса позволили чудеса, продемонстрированные славным Майклом Фарадеем в 1820 году. Английскому физику удалось получить жидкий аммиак в условиях высокого давления и низкой температуры. Аналогичный трюк работал и с другими газами.

На плечах этих хитроумных титанов стоит Джейкоб Перкинс, которого окрестили «отцом» современных бытовых холодильников. Опираясь на идеи Эванса, Перкинс построил первую действующую автоматическую парокомпрессионную систему охлаждения замкнутого цикла. В последующие годы успех Перкинса неоднократно повторяли другие инженеры – Александр Твининг, Джон Горри, Карл фон Линден и др. – постепенно оптимизировавшие принцип работы этой системы. Заслугу Альберта Маршалла, тем не менее, не стоит недооценивать: получив патент на свой прибор, он приоткрыл дверь в новую эру промышленной и бытовой техники.

Как работает холодильник
Принцип работы этого аппарата основывался на «простом, мощном, недорогом и устойчивом методе поддержания автоматического контроля потока охлаждающего вещества». Он состоял из заменяемого набора частей: насоса или компрессора, через который проходит жидкий аммиак или аналогичное охлаждающее вещество; контейнера, где жидкое охлаждающее вещество конденсируется, а также

расширительных труб, где охлаждающее вещество может переходить в газообразное состояние – при этом достигается эффект охлаждения в отсеках для хранения продуктов.

При этом доступ охлаждающего вещества в расширительные трубы контролируется небольшим игольчатым вентилем – расширительным клапаном, который играет ключевую роль в поддержании устойчивости всей системы. Если расширительный клапан приоткрыт так, что в трубы попадает слишком большое количество аммиака, так что насос не успевает с ним справляться, излишки вещества будут проходить через насос, оставаясь в жидкой форме. И поскольку охлаждающий эффект достигается благодаря тому, что аммиак переходит в газообразную форму, с его избыточной подачей охлажденная камера будет постепенно согреваться, даже если насос работает в полную силу.

С другой стороны, если клапан перетянут слишком туго и в трубы попадает недостаточное количество жидкого аммиака, с испарением такого малого количества вещества расширительные трубы будут охлаждаться лишь частично, остальная же часть труб не задействуется, тогда как насос или компрессор будет работать в условиях сравнительно высокого вакуума.

Этот маленький нюанс с расширительным клапаном долгое время оставался краеугольным камнем для умельцев, строивших парокомпрессионные холодильники.

Изобретение Альберта Маршала
Итак, для наиболее эффективной работы всякого холодильного аппарата было необходимо придумать, как правильно настроить расширительный клапан, так чтобы количество охлаждающего вещества, поступающего в расширительные трубы, соответствовало мощности компрессора или насоса. То есть количество жидкого газа, поступающего в расширительные трубы, не должно быть настолько велико, чтобы какая-либо часть этого вещества попадала в компрессор в жидком виде, но, в то же время, его должно быть достаточно, чтобы испарение происходило во всех частях расширительных труб.

 

Альберт Маршалл предложил ноу-хау, позволявшее решить проблему: он изобрел расширительный клапан с регулируемым сопротивлением или пружинным давлением, которое стремится удерживать его в закрытом состоянии, так что клапан приоткрывается только под воздействием давления охлаждающего вещества в
расширяющих трубах.

Спустя 125 лет
За 125 лет запатентованного существования холодильники прошли значительную эволюцию, став намного эффективнее и экологичнее своих предшественников. Так, вместо токсичного аммиака в качестве охлаждающего вещества стали использовать экологически безопасные газы – тетрафторэтан или изобутан. Электронные термостаты и датчики, встроенные в современные холодильники, позволяют очень точно регулировать температуру. Не говоря уже о множестве дополнительных функций – автоматическое размораживание, системы очистки воздуха, умные системы управления и даже подключение к интернету. Но конструкция по—прежнему включает те же элементы: насос, контейнер для конденсирования охлаждающего вещества, расширительный клапан. Не изменился и принцип работы, основанный на

повторяющемся цикле сжатия и расширения охлаждающего вещества. Все это осталось таким же, как описал Альберт Маршалл в своем патентом письме No 630, 617 от 8 августа 1899 года.