Как холод делают из тепла: история и устройство холодильника
Лёд, который возили через океан, ядовитые газы первых холодильников и изобретатель фреона. А ещё — почему холодильник не делает холод, а переносит тепло.
Холодильник не производит холод. Он переносит тепло: забирает его у ваших продуктов и выбрасывает в кухню. Поэтому, если в жару открыть дверцу холодильника, надеясь остудить комнату, в комнате станет только теплее. От первой холодильной машины до безопасного холодильника на кухне прошло почти сто лет. И ещё — несколько смертельно опасных газов и один изобретатель, о котором историк потом напишет, что тот в одиночку повлиял на атмосферу Земли сильнее любого другого живого существа.
Когда холод возили на кораблях
До холодильников был лёд. Зимой его пилили на замёрзших озёрах, укладывали в погреба-ледники и пересыпали опилками — так он доживал до лета. В начале XIX века американский предприниматель Фредерик Тьюдор додумался возить лёд с озёр Новой Англии кораблями в жаркие страны. Над ним смеялись, первые рейсы приносили убытки, но через несколько десятилетий лёд стал товаром, который уходил по морю на другой конец света.
Это был холод, который нельзя сделать — только добыть и сберечь.
Холод из машины
В 1834 году в Лондоне американский изобретатель Джейкоб Перкинс запатентовал машину, которая делала холод сама. В ней жидкость испарялась, затем пар сжимался насосом и снова превращался в жидкость — и так по кругу. Именно этот принцип работает в вашем холодильнике и сегодня. Но машина Перкинса так и осталась диковинкой.
Настоящее применение холодильные машины нашли во второй половине XIX века — на пивоварнях, бойнях и судах, которые возили мясо через океаны. Немецкий инженер Карл фон Линде в 1870-х построил надёжные промышленные установки, и холод стал работать на индустрию.
В дом он пришёл позже. В 1927 году компания General Electric выпустила холодильник, который сразу узнавали по круглому компрессору на крыше. Из-за него модель прозвали «Монитор» — компрессор напоминал орудийную башню броненосца времён Гражданской войны в США. Холодильник стоил дорого, но в 1931 году с конвейера сошёл миллионный «Монитор».
Газы, которые убивали
Дальше — самая мрачная часть истории. Внутри первых домашних холодильников текли вещества, которые хорошо испарялись и сжимались: аммиак, сернистый газ, хлорметан. Все они ядовиты. Пока трубки целы, опасности нет. Но трубки текли.
Летом 1929 года в Чикаго случилась череда смертей, которые связали с утечками хлорметана из холодильников. Люди начали выносить холодильники из домов, газеты писали о «машинах-убийцах». Производители поняли: если не найти безопасное вещество, домашнему холодильнику конец.
Задачу поручили инженеру General Motors Томасу Мидгли — тому самому, кто несколькими годами раньше придумал добавлять в бензин свинец, чтобы двигатели не стучали. В 1928 году его группа подобрала соединение хлора, фтора и углерода — дихлордифторметан. Оно не горело, не было ядовитым и отлично подходило для холодильника. Его назвали фреоном. По известной истории, чтобы доказать безопасность, Мидгли перед публикой вдохнул фреон и выдохнул его на свечу — и пламя погасло.
Фреон сделал холодильник безопасным и массовым. Но спустя полвека выяснилось, что у него есть цена: попадая в атмосферу, хлорсодержащие фреоны разрушают озоновый слой. В 1987 году был подписан Монреальский протокол, и такие фреоны начали выводить из употребления по всему миру. Сегодня в большинстве современных домашних холодильников работает изобутан — вещество, родственное газу из зажигалки, безопасное для озона.
Как холод делают из тепла
Теперь — как это работает. Начнём с опыта, который проделывал каждый. Если капнуть на руку спиртом, рука станет прохладной. Спирт испаряется и забирает на это тепло — с вашей кожи. Испарение всегда отнимает тепло у того, что рядом. На этом и держится весь холодильник.
Внутри него по замкнутому кругу бежит хладагент — тот самый изобутан. В морозилке и камере спрятан испаритель, трубки или пластина. В нём хладагент кипит при низкой температуре. При обычном давлении изобутан закипает уже при минус двенадцати градусах, а в испарителе давление ещё ниже. Кипя, он забирает тепло у продуктов.
Дальше пар уходит в компрессор — это то, что гудит внизу сзади. Компрессор сжимает пар, и от сжатия тот сильно нагревается. Горячий пар идёт в конденсатор — решётку или трубки на задней стенке. Там он отдаёт тепло воздуху кухни, остывает и снова становится жидкостью. Потрогайте заднюю стенку работающего холодильника: она тёплая. Это и есть тепло ваших продуктов.
Остаётся последний шаг. Жидкость под давлением проходит через очень тонкую трубку — капилляр. На выходе из него давление резко падает, жидкость становится холодной и снова попадает в испаритель. Круг замкнулся.
Почему он щёлкает и замолкает
Холодильник не работает непрерывно. Внутри стоит термостат — датчик температуры. Когда в камере становится теплее заданного, он включает компрессор, и тот гудит. Когда становится достаточно холодно — выключает. Щелчок, который слышен в этот момент, — это реле, переключающее компрессор.
В современных холодильниках всё чаще ставят инверторный компрессор. Он не включается и выключается рывками, а работает постоянно, плавно меняя скорость. Поэтому такой холодильник тише и обычно экономнее.
А в системе No Frost за испарителем спрятан вентилятор, который гоняет холодный воздух по камере. Иней намерзает только на испарителе, и холодильник сам время от времени ненадолго подогревает его, чтобы растопить лёд. Вода стекает в поддон над компрессором и там испаряется. Поэтому размораживать такой холодильник вручную не нужно.
Почему это важно знать дома
Раз холодильник выбрасывает тепло через заднюю стенку, ему нужно чем дышать. Если вплотную задвинуть его в нишу без зазора, тепло не уходит, компрессор работает дольше, а электричества уходит больше. Зазор и расстояние от стены указаны в инструкции — их стоит соблюдать.
По той же причине не стоит ставить в холодильник горячую кастрюлю: всё это тепло компрессору придётся выкачать, и соседние продукты успеют нагреться. Лучше дать супу остыть до комнатной температуры.
И главное правило для владельцев холодильников без системы No Frost: никогда не сбивайте лёд в морозилке ножом. Под инеем проходят каналы с хладагентом. Одна неосторожная дыра — и холодильник превращается в шкаф, а ремонт обходится очень дорого. Лёд нужно растапливать, выключив холодильник.
Тихий переносчик тепла
Лёд, который возили через океан, ядовитые газы и инженерная находка, о цене которой узнали через полвека, — из всего этого сложился прибор почти для каждого дома. Мы вспоминаем о нём, только когда он ломается. Он работает круглые сутки годами — и всё это время тихо переносит тепло из одного места в другое.
Это вторая часть цикла «Как это устроено: кухня». Первая — «Как радар стал кухонной печкой». Дальше — индукционная плита: почему греется кастрюля, а не стекло.