1.2 Короткий історичний огляд

Людство пройшло довгий шлях у пошуках способів штучного виробництва холоду, для того щоб поліпшити умови свого існування. Ще галерні раби знайшли спосіб зберегти студену ключову воду, додаючи до неї селітру, – це допомагало їм вижити. Знали древні й інший спосіб: посудину з водою опускали в морську воду. Греки використовували пузаті глечики – псикери, а єгиптяни – керамічні цистерни, які після відповідного випалу ставали пористими. Вода повільно просочувалася крізь дрібні пори, а потім, випаровуючись на поверхні, віднімала від води частину тепла, необхідного для цього випару, що викликало охолодження води. Іноді раби обмахували їх опахалами, що підсилювало циркуляцію повітря у поверхні глиняних посудин та випар вологи крізь пористі стінки.

Олександр Македонський намагався підтримувати боєздатність солдатів запасами холодної води. Нерон не зупинявся ні перед якими витратами, щоб пригощати своїх гостей холодними винами і стравами. У справу йшли лід і сніг, заготівлю яких вели в основному в горах або на водоймищах, що замерзли.

Відомо, що халіфи Багдада споряджали великі каравани верблюдів у гори Вірменії для доставки величезних кількостей снігу, частина якого набивалася між подвійними стінами їхніх літніх палаців, щоб там встановилася легка прохолода.

На Русі, в листопаді-грудні, як тільки на ріках з’являвся перший лід, його нарізали на зразок теперішніх шлакоблоків та укладали у глибоких підвалах-льохах у шаховому порядку. Закривали зверху соломою. І мінусова температура в підвалі трималася до наступного року. Молоко зберігали у глечику, обгорненим змоченою у воді тканиною, і вистав- ляли на протяг, домагаючись зниження температури рідини випаром вологи. У старовину люди використовували отрути земноводних для своїх потреб. Зокрема, щоб молоко не скисало, у посуд із продуктом саджали жабу. Таким чином, смакові якості молока не погіршувалися, а витрати енергії на збереження молока і зовсім були відсутні.

Таким чином, у плині тривалого періоду природні сніг і лід слугували для людства головними джерелами холоду.

В Італії й Франції вже в ХVI столітті вперше почали застосовувати природний лід у великих масштабах, що породило комерційну значи- мість холоду. У меню заможних громадян Венеції, Флоренції, Рима з’явилися заморожені фрукти. А інший хитрий італієць, Франсиско Прокопіо, завів у Парижі кафе, де продавав крижані щербети. Їхня популярність призвела до того, що кількість постачальників льоду в столиці швидко перевалила за дві з половиною сотні.

Технологічна і матеріалістично набудована Європа шукала нові способи зниження температури. Як тільки Середньовіччя злегка відкрило можливість природничо-наукових досліджень, люди відкрили, що, наприклад, селітра, розчиняючись у воді, поглинає велику кількість тепла, викликаючи значне зниження температури навколишнього сере-довища. Цю можливість зниження температури можна назвати першим способом штучного охолодження. Якщо змішати селітру не з водою кімнатної температури, а з льодом, то можна одержати склад, здатний остудити продукти або напої до температури значно нижче нуля.

Це відкриття, популярне на той час, широко використовувалося для охолодження вина, напоїв, соків та навіть морозива. На жаль, через порівняно високу вартість, цей спосіб не одержав широкого поширення серед населення та не знайшов комерційного застосування.

Декількома століттями пізніше, у 1748 році, Вільям Каллен, профе-сор медицини університету Глазго, відомий хірург та терапевт, вирішив використовувати для зниження температури рідини вищезгаданий спосіб охолодження при інтенсивному випарі. Але тепер він використовував не вітер і змочену тканину, а діетиловий ефір, що кипить у вакуумі. Використання вакууму дозволило знизити температуру кипіння ефіру нижче кімнатної (на той час фізики вже знали, що зі зниженням тиску температура кипіння рідини знижується, тому при достатньому розрідженні деякі речовини можуть кипіти, навіть при негативних температурах). У хитромудрій установці Вільяма, випаровуючись, ефір у виді газу переходив в іншу посудину, де, конденсуючись при кімнатній температурі, віддавав у атмосферу відібране в холодильній камері тепло. Таким чином, був сконструйований апарат, який на практиці показав можливість постійної генерації холоду в циклічному процесі. Над створенням холодильних машин працювали багато вчених. Англійський фізик-хімік Роберт Бойль і німецький фізик Отто Герике наприкінці ХVII століття встановили, що вода в розрідженому просторі випаровується при низьких температурах. У 1777 році Нерн відкрив, що в умовах вакууму вода замерзає, якщо відводити водяну пару, яка утворюється (поглинання сірчаною кислотою). Ці спостереження допомогли англійцеві Лесли побудувати у 1810 році першу машину для виробництва льоду.

Практичне застосування холодильні машини знайшли тільки тоді, коли замість води були знайдені інші, більш ефективні робочи речовини. В 1834 році англійський лікар Джакоб Перкинс побудував холодильну машину, що працювала на етиловому ефірі. Цю машину можна вважати прообразом сучасних холодильних машин, тому що вона мала найбільш характерні для цих машин частини: посудину, де відбувалося кипіння рідкого ефіру, шляхом відбирання тепла від навколишнього середовища, у наслідок чого вода замерзала, перетворюючись у лід; насос, що стискає пари ефіру й нагнітає їх у змійовик, охолоджуваний водою, від чого пари знову переходили в рідкий стан.

Увесь процес у перших холодильних машинах протікав при тиску нижче атмосферного, тому що Перкинс та його послідовники не зважу- валися піднімати тиск у системі вище. Ці машини, засновані на стисненні пароподібних тіл, їх конденсації й наступному кипінні в рідкому стані, одержали назву компресійних.

Пізніше були створені компресійні машини, що працюють на інших робочих речовинах та при тиску вище атмосферного. Так, у 1871 році Чарльз Тельє побудував машину, що працювала на метиловому ефірі, у 1872 році Роберту Бойлю був виданий перший патент на аміачну холодильну машину, у 1874 році швейцарський фізик Пікте створив машину, що працювала на сірчаному ангідриді, а німецький фізик-інженер Лінде сконструював аміачну машину. У 1845 році американець Горі винайшов повітряну холодильну машину, робота якої була заснована на тому, що при розширенні попередньо стисненого повітря, температура його знижується. Трохи пізніше з’явилися абсорбційні холодильні машини. Робота абсорбційної машини заснована на поглинанні пароподібної речовини, наприклад аміачних пар, слабким водоаміачним розчином та наступним випарюванням аміаку з розчину різними теплоносіями.

Великий внесок у справу розвитку штучного холоду внесли російські вчені. Так, академік Браун в 1759 році у Санкт-Петербурзі вперше провів досліди по заморожуванню ртуті за допомогою холо- дильних сумішей; академік Ловиц наприкінці ХVIII сторіччя запро- понував різні холодильні суміші, що дозволили одержати температуру -50 ⁰С. Академік Крафт у 1733 році визначив фізичні й механічні властивості льоду. У 1860 році на рибних промислах у Маріуполі й Таганрозі було проведено заморожування риби за допомогою суміші льоду із сіллю. У 1862 році в Росії вперше були побудовані вагони-льодовики. Холодильна повітряна машина з’явилася у Росії в 1888 році на водному транспорті. У наступному році деякі пивоварні й шоколадні фабрики були обладнані стаціонарними холодильними установками.

По мірі розширення використання холодильних машин гостро стало питання комплексного застосування холодильної техніки, тобто забез- печення зберігання продуктів, що швидко псуються, від місця їхнього виготовлення до місця споживання – у магазинах, ресторанах і домашніх господарствах. Невипадково у числі побажань I Міжнародного конгресу по холодильній справі, що відбулася у 1908 році в Парижі, було й наступне: “Зважаючи на блага й вигоди, які можуть принести земле- робству, торгівлі й промисловості всіх країн застосування й розвиток холодильної справи, Конгрес просить керівництво всіх країн полегшити встановлення холодильних пристроїв у домашньому, сільському й дрібному промисловому господарстві й, зокрема, обмежити до можливого мінімуму регламентацію й формальності щодо користування холодильними машинами”.

Перший домашній холодильник з машинним охолодженням з’явився у 1910 році в США, а роком пізніше американська фірма “Дженерал електрик” почала виробляти холодильні машини “Одифрен” для домашніх і торговельних шаф.

Перший домашній холодильник з автоматичним регулюванням температури в камері, спроектований Копеландом, з’явився у США у 1918 році. Фірма “Кельвинейтор”, що спеціалізувалася на виробництві побутових холодильників з 1914 року, виготовила протягом 1918 року 67 таких апаратів. Вже у 1925 році в США було випущено близько 64 тис. холодильників.

Холодильник з машинним охолодженням спочатку являв собою громіздку споруду: об’єм його приблизно в п’ять разів перевищував ємність камери для зберігання продуктів, а площа підлоги, яку він займав, дорівнювала 1 м². Шафа виготовлялася з дерева, для тепло- ізоляції застосовувалася пробка; товщина стінок досягала 140 мм. Як холодильний агент використовували сірчастий ангідрид або аміак, витікання останніх із системи, становило небезпеку для здоров’я власників холодильників.

У теперішній час холодильники стали багатофункціональними апа-ратами. В наслідок застосування електронних приладів керування, побутовий холодильник перетворився на повністю автоматичний апарат, що не вимагає обслуговування.

Серед технічних новинок минулого сторіччя, що зробили вплив на розвиток і прогрес південних країн, — кондиціонер.

Ідея прокачувати повітря для охолодження через наповнені льодом каністри, прийшла вперше в голову лікарю зі штату Флорида Джону Горі в 30-х роках ХIХ сторіччя. Таким чином він провітрював приміщення своєї лікарні, де лежали хворі малярією. Однак, сьогоденним “батьком” кондиціонера вважається Уілліс Керрієр. Молодий інженер з Корнельського університету зрозумів, що видалити вологу з повітря можна, пропустивши його через охолоджені трубкові спіралі. Свою першу систему контролю клімату він створив у 1902 році для однієї з друкарень Нью-Йорка. Незабаром такі установки стали встановлювати на текстильних підприємствах та на кондитерських фабриках.

У 1917 році “Эмпайр” у Монтгомері (штат Алабама) став першим американським кінотеатром з кондиціонером у залі. Для багатьох пере- глядових приміщень у південних штатах, що бідують улітку через від- сутність у них знемагаючих від жари глядачів, кондиціонери стали порятунком від банкрутства. До 1930 року Керрієр установив їх вже у 300 кінотеатрах.

Поступову перевагу нового винаходу усвідомили й у Вашингтоні. У 1928 році апарати по кондиціюванню повітря з’явилися в палаті представників конгресу США, а потім – у сенаті, Білому домі й Верхов- ному суді. За словами фахівця з подібного роду установок Бернарда Нейдженаста, улітку політичне життя в столиці завмирало, але з появою кондиціонерів усі державні установи стали продуктивно працювати цілий рік.

У 1929 році винахід Керрієра став використатися компанією “Бі енд Оу рейлроуд” для підтримки потрібного клімату в залізничний вагонах, а через десять років був випущений з конвеєра перший автомобіль “Паккард”, обладнаний кондиціонером.

У приватних будинках та квартирах кондиціонер з’явився в 30-х роках, але до 1951 року залишався дорогою розкішшю для більшості американців. Ситуація змінилася лише з появою на ринку нового дешевого апарату, який встановлювали у віконному отворі. До 1970 року половина будинків у південних районах країни була оснащена конди- ціонерами.

“Зараз середина літа, жара й подумайте, як би ви почували себе тут без кондиціонера, – говорить відвідувачам музею Нейдженаст. – Без нього наше життя було б куди складнішим”.

Як тільки принципи роботи різних типів холодильних машин були сформульовані, почалося їхнє вдосконалення. Найбільш вражаючими є:

– поява до 1930 року перших хлорфторвуглеродних з’єднань призначених для заміни небезпечних речовин типу сірчаного ефіру або метилового ефіру, які використалися на початковому етапі створення холодильної техніки;

– створення домашнього холодильного устаткування;

– мініатюризація устаткування – так, наприклад, в 1900 р. холо- дильний компресор із продуктивністю 340 кВт мав масу 46000 кг, а у 1990 р. устаткування такою ж продуктивністю, мало масу близько 1500 кг. Крім цього, вище зазначений процес йшов з підвищенням надійності та коефіцієнта корисної дії;

– впровадження мікропроцесорів, які, будучи оснащені пам’яттю й заздалегідь запрограмовані, здатні виконувати різні команди, тим самим заміняючи людину;

– розвиток передових технологій.