Пищевые продукты заготавливают обычно в течение определенных сезонов. Ведь фрукты, к примеру, поспевают летом и осенью, молока и яиц сельское хозяйство больше всего дает весной и летом, а убой скота выгоднее производить поздней осенью. Как же сохранять продукты круглый год?
Опыт показал, что для каждого продукта есть вполне определенные границы температуры, позволяющие дольше всего сохранять его вкусовые и питательные качества. Для хранения продуктов в местах их заготовки строят крупные холодильники.
Современный холодильник — это большое здание без окон, со стенами, облицованными изнутри материалами с низкой теплопроводностью. Здание разбито на отдельные камеры. В каждой из них хранятся определенные продукты и поддерживается нужная температура. Сама холодильная машина расположена в отдельном помещении, а аммиак, рассол или просто охлажденный воздух подаются в камеры.
|
| Домашний холодильник. |
Для хранения и перевозки рыбы используют суда-рефрижераторы — плавучие холодильники. Это настоящие заводы: весь улов рыбы обрабатывается здесь же специальными машинами и поступает в трюмы, охлаждаемые воздухом, который мощные вентиляторы предварительно продувают через воздухоохладители холодильной машины. Свежемороженую рыбу доставляют в портовые города, а оттуда по суше, воздуху и воде развозят во все уголки страны.
Долгое время скоропортящиеся продукты перевозили по железным дорогам только в вагонах-ледниках. В специальные «карманы» этих вагонов загружался лед. Теперь появились целые поезда-рефрижераторы. В одном вагоне располагается холодильная машина и двигатель, который приводит ее в действие, другие вагоны — это холодильные камеры.
Часто на улицах города можно видеть автомобиль с длинным закрытым серебристым кузовом. Это авторефрижератор. В передней части кузова помещается холодильная машина. Компрессор ее приводится в движение двухтактным мотоциклетным двигателем. Испаритель расположен в холодильной камере, занимающей остальную часть кузова. Для более равномерного охлаждения продуктов в камере вентилятор создает циркуляцию воздуха. В таких авторефрижераторах поддерживается температура —15°.
Свежие продукты, доставленные в города, попадают в магазины, столовые. Там тоже имеются холодильные камеры и шкафы. Они полностью автоматизированы. Для хранения молока, например, требуется температура от +2 до +4°. При достижении температуры +2° компрессор автоматически выключается. Когда температура в шкафу из-за притока тепла поднимается до +4°, давление паров фреона-12 в испарителе возрастет и специальный прибор — прессостат — снова включит компрессор.
Так же работают и домашние холодильники (рис. 4). В верхней части небольшого шкафчика такого холодильника расположен испаритель. В нем есть ванночки для приготовления льда. Температура в испарителе достигает —20°. Непосредственно под ним тоже достаточно холодно.
Между двойными стенками холодильника проложена изоляция, препятствующая проникновению тепла внутрь. Основные узлы холодильной машины — компрессор с электромотором в герметическом кожухе и змеевиковый конденсатор — расположены на задней стенке шкафа. Из конденсатора жидкий фреон-12 поступает в испаритель по тонкой капиллярной трубке. Автоматическое включение и выключение компрессора, когда в шкафу достигнута необходимая температура, производит специальный прибор — термостат. Установив ручку термостата на определенной шкале, вы получите нужную температуру в шкафу.
В настоящее время применяются новые методы хранения продуктов. Оказывается, если их быстро заморозить, то они гораздо дольше и лучше сохраняют свои вкусовые свойства. Например, свежеиспеченные булочки от резкого воздействия холода становятся твердыми, как камень, и могут храниться свыше двух месяцев. Если их 10 мин. прогревать в духовке, они снова станут свежими и ароматными. Так же можно заморозить и долго хранить фрукты и овощи, даже готовые обеды.
Быстрое охлаждение производят в специальных скороморозильных аппаратах. Чтобы ускорить охлаждение, вентилятор гонит с большой скоростью холодный воздух. Есть и другой способ быстрого охлаждения. Вагон со свежими фруктами въезжает в специальную камеру, из которой мощные насосы выкачивают почти весь воздух. При очень низком давлении находящаяся во фруктах влага начинает испаряться и отбирать от них тепло. Фрукты становятся сухими и холодными; они неделями могут путешествовать по всей стране. А в конце пути, постепенно поглощая влагу из воздуха и отепляясь, они снова становятся свежими.
Холод применяется также при изготовлении кондитерских изделий и, конечно, мороженого. А знаете ли вы, как делают мороженое?
Молоко или сливки смешивают с сахаром и водой, нагревают до +80° и выдерживают в течение 10-15 мин. При этом погибают все микроорганизмы. Затем смесь фильтруют и сжимают насосом до 150 атм. Под таким большим давлением ее с громадной скоростью пропускают через маленькое отверстие, причем на пути помещают твердую преграду. Жировые частички, ударяясь о нее, разбиваются на мельчайшие брызги (до одного микрона), и смесь становится совершенно однородной.
Теплая масса выливается на трубки охладителя. В верхних трубках протекает холодная вода, а в нижних — рассол с температурой от —5 до —6°. Смесь охлаждают до +4° и направляют в холодильный аппарат — фризер. Это горизонтально расположенный цилиндр с двойными стенками, между которыми под низким давлением кипит аммиак. Он охлаждает поступающую в цилиндр смесь до температуры —4°, взбивает ее и насыщает воздухом. Вращающиеся ножи снимают с внутренней стенки загустевшую, как сметана, массу. Затем мороженое разливают в формочки, плавающие в холодном рассоле.
Готовые порции мороженого кладут между двумя вафлями или обливают шоколадом, после чего остается только завернуть их в бумагу.
Искусственный климат
Где найти прохладный уголок в жаркий летний день? Даже каменные стены зданий не могут служить защитой от зноя. Накаляясь от солнца, стены нагревают и помещение. Работоспособность человека при жаре снижается. Нередко хозяйки занавешивают окна, смачивают пол водой, и в комнате становится прохладнее: испарение воды отнимает тепло от окружающего воздуха.
Но только мощные холодильные машины позволяют создать в помещении необходимый тепловой режим — искусственный климат. Для работы и для отдыха человека наиболее благоприятна температура от +18 до +22°. На состояние его и самочувствие влияет и влажность воздуха.
|
| Схема кондиционирования воздуха в кинотеатре. |
Искусственное получение необходимой температуры и влажности воздуха называется кондиционированием. Различают комфортное кондиционирование и промышленное. Комфортное кондиционирование создает наиболее благоприятные для людей условия в квартирах, кинотеатрах, столовых, поездах дальнего следования, на заводах и в различных учреждениях. Мощные вентиляторы отсасывают из помещений через отверстия в полу, в нижней части стен или под сиденьями в поезде, в кино теплый воздух. По специальным воздуховодам он попадает в камеру, где холодный водяной душ снижает его температуру. Затем охлажденный воздух подается вентиляторами через верхние отверстия обратно в помещение. А отеплившаяся в камере вода охлаждается в испарителе холодильной машины до +8-10° и снова возвращается в «камеру душирования».
Испаритель домашнего кондиционера расположен в комнате. Вентилятор прогоняет через него теплый воздух и возвращает его обратно в комнату. Конденсатор расположен на улице. Поэтому все отобранное тепло отдается наружному воздуху.
Домашние кондиционеры будут особенно удобны, когда в холодильной технике главная роль будет принадлежать полупроводникам (подробнее об этом см. ст. «Полупроводники в технике»).
Промышленное, или технологическое, кондиционирование обслуживает разные производственные процессы. Например, при сборке особо точных приборов и инструментов в помещении необходимо поддерживать строго определенную температуру. Отклонение на полградуса уже нарушает точность сборки, так как с изменением температуры меняются линейные размеры деталей. Промышленное кондиционирование применяется также в химической, текстильной, полиграфической промышленности.
Искусственный климат нужен и для различных специальных целей, например для того, чтобы узнать, смогут ли нормально развиваться растения и животные в новых для них климатических условиях. С помощью холодильных установок можно проверить работу двигателей, приборов, «поведение» различных материалов в условиях, скажем, полярного климата.
Для испытания авиационных двигателей и приборов требуется низкая температура и пониженное давление, характерные для верхних слоев атмосферы. Эти условия создаются в специальных термобарокамерах. Холодильные машины поддерживают в них температуру до — 70-100°, а вакуум-насосы создают необходимое разрежение.
ОТОПЛЕНИЕ ХОЛОДОМ
Слова «отопление» и «холод» так не вяжутся друг с другом, что на первый взгляд это сочетание может показаться шуткой. Но давайте вдумаемся в сущность работы холодильной установки. Куда девается тепло, которое холодильный агент отбирает при кипении в испарителе от рассола или воздуха? Куда девается тепло, полученное во время сжатия паров в компрессоре?
Мы уже знаем, что это тепло отдается окружающему воздуху или воде, которые охлаждают конденсатор. Значит, во время работы установки окружающая среда все время нагревается. Если установить испаритель холодильной установки в реке, а конденсатор с воздушным охлаждением — в комнате, то река будет охлаждаться, а отбираемое у нее тепло нагреет воздух в комнате. Холодильная машина превратилась в тепловой насос. При таком способе отопления затраты энергии примерно в 3 раза меньше, чем при непосредственном превращении электрической энергии в тепло.
Глубокий холод
Глубокий холод — область температур ниже —120°. Получать такие низкие температуры компрессионными установками сложно и невыгодно. Для глубокого охлаждения применяются другие методы.
Если сжатый газ направить в цилиндр, то он расширится и переместит поршень, совершив при этом работу. Теряя свою энергию, газ сильно охлаждается. Такую машину называют детандер. Если сжатый газ направить на лопатки вращающегося колеса — турбодетандера, то и в этом случае, вращая ротор, он резко снизит свою температуру. Так, при падении давления от 6 до 1 атм воздух охлаждается с +20 до —90°.
|
| Схема машины для сжижения воздуха. |
В установке для получения жидкого воздуха сжатый в компрессоре до 5-6 атм воздух, прежде чем попасть в турбодетандер, охлаждается в теплообменнике. Из турбодетандера еще более охлажденный воздух поступает в конденсатор. Там он охлаждает и превращает в жидкость другую часть воздуха, которая с давлением 5-6 атм поступает из теплообменника в межтрубное пространство конденсатора. Через вентиль жидкий воздух направляется в нижнюю часть конденсатора, где давление уже 1 атм. Оттуда его можно слить в специальный сосуд Дьюара, где благодаря изоляции, создаваемой безвоздушным пространством между двойными стенками, жидкий воздух можно сохранять долгое время (подробнее о получении сверхнизких температур см. т. 3, ст. «Путешествие в мир температур и давлений»).
Получение низких температур, близких к абсолютному нулю, позволило открыть интересные свойства различных веществ. Так, резина в жидком воздухе становится хрупкой, некоторые металлы, например ртуть, начинают очень хорошо проводить электрический ток (сверхпроводимость), а свинцовый колокольчик приобретает звучание чистого серебра.
Но главное применение глубокого холода — сжижение газов. Каждый газ имеет свою критическую температуру. Пока температура его выше критической, никаким давлением нельзя превратить его в жидкость. При современном развитии холодильной техники стало возможным охлаждать газы намного ниже их критической температуры н превращать их в жидкость при невысоких давлениях. Это позволило дешевым способом получать многие нужные нам газы. Так, если постепенно подогревать жидкий воздух, то сначала из него выкипает азот, имеющий более низкую температуру кипения, а жидкий кислород удается оставить в сосуде. Этот способ получения кислорода широко применяется в промышленности.
Искусственный холод стал одним из мощных орудий современной техники.