Альтернативные холодильники

На Всемирной выставке в Париже в 1887 году впервые демонстрировался бытовой абсорбционный холодильник. Это был громоздкий шкаф с совсем маленьким по теперешним меркам холодильным отделением. Продукты в нем сохранялись в жаркую погоду свежими целых два, а то и три дня! Тогда это казалось чудом, хотя температуру в холодильнике еще не научились поддерживать постоянной.

Текст: Наталья Коноплева.

 

Между прошлым и будущим

Шли годы, менялись обстоятельства, и сенсационный шкаф стал для нас одним из предметов первой необходимости.

Но долгие десятилетия после этого бытовой холодильник всего лишь научился больше вмещать в свою утробу. Событием было, когда разработчики фирмы Candy впервые оборудовали внутреннюю панель дверцы холодильника удобными полочками. Ну а еще по прошествии нескольких десятков лет добавилась автоматическая оттайка испарителя и на выбор — режим необмерзающего испарителя.

Разительные перемены в домашнем холодильном деле наступают так быстро, что мы едва успеваем их отслеживать и осмысливать.

А ведь не за горами время, когда покупать продукты впрок и хранить их дома будет, вернее всего, незачем. И холодильники могут вовсе исчезнуть из нашего быта. Потому что в каждом «умном доме» недалекого будущего на его «умной кухне» будут действовать нанотехнологии выращивания любых белковых и прочих свежайших питательных субстанций прямо к обеденному столу.

Тем более что к развивающейся с 70-х годов науке нанотехнологии теперь добавилась технология клонирования. Наши вкусовые пристрастия, калорийность, содержание витаминов и микроэлементов — все без труда будет запрограммировано в биогенераторе. Как этот биогенератор будет выглядеть? Не будет ли мучить ностальгия по доброму, толстому, уютно урчащему холодильнику?

Сегодня он еще с нами. Сегодня он по-прежнему предмет необходимости номер один на каждой кухне. И это приятно.

 

Магнитная сила морозит все подряд

 В Эймсской лаборатории Министерства энергетики в США построен первый в мире магнитный холодильник. Его принцип действия основан на способности некоторых сплавов нагреваться при возрастании напряженности магнитного поля и охлаждаться при ее уменьшении.

Хотя это явление и было открыто более восьмидесяти лет назад, практическое применение ему нашли только сейчас. Инженеры убеждены, что холодильники и системы кондиционирования воздуха, основанные на этой технологии, могут появиться в продаже в ближайшие годы. Уже есть действующие образцы магнитных холодильных установок нового типа.

Возможно, вскоре повсеместно продукты будут охлаждаться вращающимся металлическим диском, постоянным магнитом и небольшим количеством воды. Как это будет происходить?

Между полюсами постоянного магнита вращается плоский металлический диск так, что в магнитное поле каждый раз попадает только часть диска, остальная часть — вне поля. Когда эта часть вдвигается в область магнитного поля, крошечные двухполюсные магнитики в материале диска выстраиваются вдоль силовых линий, и температура диска в этом месте повышается. Возникшее тепло отводится циркулирующей в этой области водой.

Когда же эта часть диска выходит за пределы магнитного поля, магнитики в ней больше не удерживаются его силовыми линиями и снова разворачиваются случайным образом, затрачивая на это тепловую энергию и охлаждая тем самым диск ниже окружающей температуры. Заодно охлаждается омывающая его вода во втором контуре. Эта охлажденная вода и используется в качестве холодильного агента в новом магнитном холодильнике.

Для повышения эффективности магнитного охлаждения исследователи подыскивают оптимальный материал для диска. В работающем сейчас образце используется диск из гадолиния, редкоземельного металла, который идет сейчас на записывающие головки видеомагнитофонов. Подбираются и более дешевые материалы.

Магнитные холодильники в любом случае будут дешевле в эксплуатации, они экологически чисты (их хладагент — обычная вода) и практически бесшумны. Будут ли они иметь форму параллелепипеда, цилиндра или шара — покажет время. Уже скоро.

 

Холод придет от солнца?!

Кроме классического компрессионного способа охлаждения в мире давно параллельно используется эффект термоэлектрического охлаждения. Еще в XIX веке было обнаружено, что место соединения проводников из разных материалов при протекании постоянного электрического тока охлаждается или нагревается в зависимости от направления тока ("эффект Пельтье"). Но эффект этот был слабым и представлял лишь научный интерес.

Только с началом широкого применения полупроводниковых материалов удалось приспособить этот физический эффект для практического применения.

Термоэлектрические холодильники существуют уже десятилетия, но и сейчас есть немало людей, которые никогда не слышали о них. Потому что такие холодильники используются в узкой области. Дело в том, что пока не удается достичь такого же полезного объема холодильной камеры, как у компрессионных холодильников.

Поэтому в основном термоэлектрические холодильники существуют в виде устройств скромного размера, питающихся от аккумулятора автомобиля. Изредка они могут работать от солнечных батарей. Вот занятный парадокс: солнце вырабатывает холод!

Переносные термоэлектрические холодильники тоже невелики, зато обладают возможностью подключения как к аккумулятору (12 В), так и к сети 220 В. В быту их называют кулеры (от английского cool — прохладный). Большинство кулеров выполнены в виде теплоизолированного ларя (сундучка) с откидывающейся крышкой. Они имеют ручки или колесики для транспортировки.

Впрочем, малый объем кулеров можно выгодно преподнести как компактность. Термоэлектрический принцип позволяет создавать холодильники, которые легко могут разместиться даже в кармане (например, для охлаждения лекарственных препаратов). Наша оборонка предлагает компактные кулеры для охлаждения, например, одной банки пива. Они крепятся вблизи приборной доски водителя в автомобиле.

Кулеры надежны и бесшумны благодаря отсутствию движущихся частей, имеют практически вечный срок службы, экологичны (не требуют газа-хладагента). Их можно располагать боком, вверх ногами — как вам удобнее, они будут безотказно работать, выдерживая езду по сильно пересеченной местности. Такого вольного обращения не выдержит ни один компрессионный холодильник.

К недостаткам относится невысокий коэффициент полезного действия (всего 16-17%) и нестабильность температуры внутри кулера, она напрямую зависит от температуры окружающей среды. В жаркую погоду охлаждение оставляет желать лучшего.

Зато есть одна «изюминка» в термоэлектрической конструкции. Как уже упоминалось, термоэлектрический эффект способен вызывать не только охлаждение, но и нагревание. Это зависит от направления тока. Поменяли контакты с помощью переключателя — и термохолодильник превращается в подогреватель помещенных в него охлажденных блюд (или, например, бутылочек с детским питанием). Очень удобно в дороге или на пикнике.

 

Прозрачные двери не пропускают тепло

Сейчас появились новые модели холодильников со стеклянной дверью. Казалось бы, ничего нового, холодильники со стеклянными дверцами давно используются в торговле. Но в том-то и дело, что это не просто стеклянная дверца, а тройной вакуумный стеклопакет. Примерно такой, какие ставят в современные герметичные окна.

Оказалось, что это обеспечивает заметно лучшую теплоизоляцию дверец, чем традиционные пористые изоляционные материалы. В результате такой холодильник использует меньше электроэнергии, чем лампочка мощностью 60 Вт!

Экономичность повышается и за счет прозрачности дверцы. Если обычно, открыв холодильник, мы некоторое время рассеянно ищем взглядом то, что нам нужно, то со стеклянной дверцей можно заранее «высмотреть» нужную упаковку, а потом уж открывать холодильник. Время, в течение которого дверца остается открытой, сокращается в несколько раз.

На российском рынке холодильники со стеклянными дверцами-стеклопакетами уже представляет немецкая фирма Gaggenau.

 

Входит больше, тратится меньше

Еще на заре разработок бытовых холодильников всерьез обсуждалась цилиндрическая форма корпуса. Многих это только забавляло, но на самом деле идея полна глубокого практического смысла.

Начнем с того, что холодильник тем энергоэкономичнее, чем меньше отношение его поверхности к полезному объему. То есть чем меньше поверхность при том же объеме, тем меньше вырабатываемого холода теряется из-за излучения с поверхности и тем меньше энергии требуется для его работы при прочих равных условиях.

Например, если взять за единицу объем куба, а поверхность этого куба принять равной 100%, то параллелепипед такого же объема, но с соотношением сторон 0,7х0,7х2,1 (весьма распространенные пропорции холодильника) будет иметь условную поверхность 114%. И значит, такой параллелепипед будет терять на 14% больше холода, чем куб.

А цилиндр с соотношением диаметра и высоты 0,9 и 1,58 (тоже приемлемая пропорция для холодильника) имеет условную поверхность 96% и будет терять холода на 4% меньше, чем куб, и на 18% меньше, чем параллелепипед. Казалось бы, не так много, но при круглосуточной и круглогодичной работе набегает весьма существенная экономия.

Кроме того, холодильники в виде куба, цилиндра, шара (а почему бы и нет?) будут легче, и на их изготовление пойдет меньше материала, чем на такие же по полезному объему холодильники в форме параллелепипеда.

Причем шар будет иметь поверхность наименьшую из возможных и равную 81% от поверхности куба...

 

Почему эскимосы строят ледяные дома полусферой?

Этот математический вывод наглядно проявляется в природе и в форме многих окружающих нас природных образований, начиная с планет, звезд и нашего Солнца и заканчивая яблоками, арбузами и другими шаровидными плодами. Эскимосы интуитивно строят свои ледяные дома-иглу полусферической, так они теряют минимум тепла от горящего внутри очага...

Так что самая рациональная с точки зрения теплофизики конструкция холодильника — шаровидная! Но никто пока не смог придумать, как наилучшим образом использовать внутренний шаровидный объем такого холодильника, и где у такого холодильника будет дверь...

Следующая весьма экономичная конструкция — это цилиндр, эллиптический или круглый в сечении. Согласитесь, она вполне приемлема для бытовых условий, но долгое время появление цилиндрического холодильника сдерживал консервативный дизайн наших кухонь, где все подчинено прямым линиям. Поэтому тиражировались и продолжают тиражироваться модели самой проигрышной с энергетической точки зрения формы равновеликого по двум направлениям прямоугольного параллелепипеда.

 

«Ленивая Сьюзен» пошла в массы 

 И вот, не прошло и ста лет размышлений над этой заморочкой, как в массовой продаже появились цилиндрические холодильники! Сегодня их, например, производит американская корпорация Equator.

При высоте в 68 дюймов (170 см) и диаметре 30 дюймов (75 см) с открытой настежь дверцей его размер 39 дюймов, или 97,5 см. Эта модель имеет полезный объем холодильного отделения 242,3 л, а объем морозильного отделения — 83,1 л. Неслабо! Холодильник традиционной прямоугольной формы с такой вместительностью имеет габариты 186х60х60 см.

Цилиндрические холодильники не только экономичнее с точки зрения расхода электроэнергии, но и легче, дешевле (материала на них идет меньше). Изготовление цилиндрического корпуса технологичнее и дешевле прямоугольного.

Морозильная камера в этой модели смонтирована внизу и имеет отдельный компрессор. Режим «быстрая заморозка» позволяет получить кубики льда менее чем за час.

Цилиндрический холодильник имеет вращающиеся выдвижные стеклянные полки типа «Ленивая Сьюзен». Это название известно каждому американцу-завсегдатаю салунов и баров. Там этим именем называют вращающееся устройство, заменяющее нерасторопную раздатчицу тарелок с едой.

Вращающиеся полки цилиндрического холодильника облегчают доступ к нужным продуктам, а закаленное стекло, из которого они сделаны, обеспечивает удобный обзор всего содержимого холодильника.

 

Концепт био холодильника

Необычный фризер работает совершенно иначе, чем обычные модели - он в четыре раза меньше обычного, а охлаждается с помощью биополимерного геля. Вместо обычного размещения на полках, не липкий гель, не имеющий запаха, обволакивает продукты, как бы помещая их в капсулу.

В четыре раза меньше обычного, он охлаждается с помощью биополимерного геля. Вместо обычного размещения на полках, не липкий гель без запаха обволакивает продукты, как бы помещая их в капсулу.

Отсутствие дверей, полок и мотора позволяет использовать 90% всего полезного объема холодильника для хранения продуктов. При этом продукты сохраняют свой натуральный вкус и аромат. Продукты не сохнут, так как конвекция отсутствует.

Принцип работы био холодильника: преобразование невидимого инфракрасного излучение в видимый свет. Он охлаждает, поглощая тепловую энергию и излучает её уже в другом диапазоне длин волн. По этому же принципу работает обшивка космических челноков «Шатлл».

Процесс охлаждения не требует энергозатрат. Продукты погружаются в гель.  Сильное поверхностное натяжение создает отдельную капсулу для каждого продукта. Форма холодильника может меняться в зависимости от его наполнения. Чем больше продуктов в нем находится, тем больше места он занимает. Полезный объем может быть увеличен до 300%.

Холодильник может быть установлен и в горизонтальном, и в вертикальном положении, и даже на потолке. Регулируемые размеры позволяют приспособить его под любое жилье. Кроме того, не требуется предусматривать пространство для открывания дверцы, камеру не надо мыть, и самое главное - он потребляет меньше электроэнергии. Био холодильник занимает в несколько раз меньше места, по сравнению с его предшественниками. Даже само название - «холодильник» - уже не подходит, скорее это холодильная ванна.

 Процесс охлаждения сопровождается свечением геля —люминесценцией. Работа бытового прибора превращается в увлекательное зрелище. 
Summary:

•    Процесс работы не требует затрат энергии на охлаждение продуктов; 
•    Особенность конструкции -  в 4 раза меньше по сравнению с обычным холодильником, меняет форму в зависимости от загрузки; 
•    Отсутствие полок и дверей позволяет располагать его как вертикально так и горизонтально; 
•    Гель не липкий, не имеет запаха; 
•    Большая плотность хранения, объем используется максимально эффективно; 
•    Продукты всегда на виду и легко доступны; 
•    Полностью бесшумная работа, отсутствуют движущиеся детали.