Праобразом бытового холодильника принято считать аппарат французского инженера Ф. Карре, предложенный им в 1860 г. и предназначенный для получения водного льда. В 1862 г. на Всемирной Лондонской выставке Ф. Карре продемонстрировал основанную на аналогичном принципе машину большей производительности для производства блочного льда. Машина представляла собой маленькую печку со встроенным котлом для жидкого аммиака. Аммиак, испаряясь в результате нагрева, поступал по трубке в охлаждающий котел. Вследствие испарительного охлаждения вода, окружающая котел, замерзала, образуя лед.
В машине Каре, однако, не удавалось охлаждать непосредственно воздух в помещении или жидкость, как в современных холодильниках. Над решением этой проблемы работали специалисты многих стран. Постоянно продолжались поиски более экономичного и компактного источника энергии. В частности, в Швеции было предложено в машине Карре вместо печки использовать газовую горелку.
Толчком к созданию современной бытовой холодильной техники способствовала разработка в 1874 г. мюнхенским ученым К. Линде холодильной машины. Исследуя различные существующие в то время системы производства холода на основе получения и последующего использования искусственного льда, он пришел к выводу, что их коэффициент полезного действия очень низок и что непосредственное охлаждение воздуха в помещении или жидкостей было бы намного эффективнее и выгоднее. Убедив в этом производителей пива, К. Линде получил средства для разработки холодильной машины. Первая созданная им холодильная машина, работавшая на метиловом эфире, была испытана в Мюнхене на пивоваренном заводе. Изготовленная в 1874 г. вторая машина, работающая на аммиаке, до 1908 г. эксплуатировалась на пивоваренном заводе в Триесте. Эти машины, как и последующие модели, имели большие эффективность, надежность, и технический уровень, чем все предшествующие машины для производства льда.
В 1908 г. в Париже на 1 Международном конгрессе по холоду было вынесено решение о благоприятствовании делу освоения холодильных машин для домашних и мелкопромышленных нужд:
«Имея в виду блага и выгоды, которые могут принести земледелию, торговле и промышленности всех стран развитие холодильного дела, конгресс просит общественные власти всех стран облегчить устройство холодильных приспособлений в домашнем, сельском и мелком промышленном хозяйстве, в частности, ограничить до возможного минимума регламентацию и формальности относительно пользования холодильными машинами».
Первый бытовой компрессионный холодильник появился в 1910 г. в США, а годом позже американская фирма «General Electric» приступила к производству холодильной машины «Одифрен» для бытовых холодильников и торговых шкафов, названной именем ее создателя - французского учителя физики Марселя Одифрена. Машина Одифрена, конструкция которой была разработана еще в 1894 г. (патент Германии № 82314, 1895 г.), стала первой автоматической холодильной машиной. Преимущества этой машины: высокая интенсивность теплообмена, отсутствие сальников и клапанов, простота обслуживания и ремонта холодильников (1-2 раза в год меняли приводные ремни и 2 раза в год смазывали два подшипника).
С каждым годом число таких машин увеличивалось, и в 1923 г. в Америке насчитывалось уже 20 тыс. бытовых холодильников. Эти холодильники имели форму сундука с темной деревянной обшивкой, стоили 900 долл. и более, и были предметом роскоши. Холодильные машины «Одифрен» выпускали до 1928 г.
Первый бытовой холодильник с автоматическим регулированием температуры в камере, спроектированный Копеландом, был изготовлен в США в 1918 г., а уже в 1925 г. их было выпущено около 64 тыс. В качестве хладагента использовали сернистый ангидрид или аммиак. Компрессор приводился во вращение посредством ременной передачи от электродвигателя. Холодильный агрегат устанавливали сверху. Деревянный шкаф с пробковой теплоизоляцией имел толщину стенок 140 мм.
В 1926 г. фирмой «General Electric» была создана герметичная холодильная машина, получившая впоследствии название «Монитор Топ». В конце 20-х годов начали выпускать холодильники в виде цельнометаллического шкафа.
В связи с активной организацией в США серийного производства бытовых холодильников, в качестве хладагентов до конца 20-х годов XX в. широко использовались сернистый ангидрид и аммиак. После выпуска в 1930 г. компанией «Кинетик Кеникалз Инк» (США) первых партий дихлордифторметана, относящегося к группе хлорфторуглеродов (ХФУ), и организации его промышленного производства в 1932 г. многие хладагенты, кроме аммиака, почти полностью исчезли с рынка сбыта. Эта же компания ввела в обращение торговое наименование ФРЕОН-12. Обозначение хладагента буквой R, также как наименование ФРЕОН стало общепринятым. Первые бытовые холодильники, работавшие на хладагенте R12 (фирма «General Electric») появились в 30-х годах.
В 1936 г. мощности американских заводов по выпуску компрессионных холодильников на R12 составляли 2 млн. шт., а немецких - 40000 шт. в год.
Начиная с 30-х годов, в США идет бурное развитие производства бытовых холодильников:
В 1930 г. фирма «Фриджирер» (США) начала выпускать холодильники нового типа - двухкамерные, не получившие, однако, в то время широкого распространения.
В 1931 г. фирма «Serval» (США) впервые применила в герметичных машинах в качестве регулирующего органа капиллярную трубку, что позволило отказаться от более сложного поплавкового вентиля и ресивера, и способствовало повышению их надежности.
В это же время организуется производство холодильников напольных, настенных, встроенных с нижним и боковым расположением морозильной камеры. Осваивается производство ротационного компрессора (фирма KEIVINATOR) и 2-х испарительных систем охлаждения для вертикальных двухкамерных холодильников, получивших позже всеобщее признание в мире.
По требованию рынка холодильный агрегат перенесен с верха под днище шкафа, несмотря на усложнение конструкции и удорожание изготовления.
В 1957 г. на американском рынке впервые появились холодильники с принудительной циркуляцией воздуха - система «No Frost» с необмерзающими стенками. В 1959 г. было налажено их серийное производство. В настоящее время они являются самыми распространенными в США и составляют около 70% выпуска всех видов холодильников.
В 60-е годы в США осваиваются новые конструкционные и теплоизоляционные материалы (АБС-пластик и пенополиуретан - ППУ), магнитные уплотнения дверей, высокооборотные мотор-компрессоры, что дало возможность увеличить емкость холодильников и понизить температуру в низкотемпературной камере при одновременном снижении себестоимости и цен. Внедряются новые технологии серийного производства, позволяющие одновременновыпускать несколько моделей с унификацией по узлам и деталям до 80%, с общей программой выпуска свыше 0,5 млн. шт. в год, в том числе поточные линии для заполнения шкафов ППУ - теплоизоляцией. Первые многофункциональные многокамерные холодильники с льдогенераторами и раздачей холодной воды и льда через дверь создаются в США в 1973 г.
В Европе производство компрессионных холодильников развивалось менее активно, чем в США и 1912 г. знаменуется началом их серийного производства. Фирма AEG (Германия) освоила двухдверный холодильник емкостью 160 л с габаритными размерами 1600x750x1900 мм. Наружные стенки облицовывались белой кафельной плиткой, в холодильной камере устанавливались решетчатые оцинкованные полки. Первоначальная цена составляла 1750 DM.
1928 г. - на Лейпцигской ярмарке 8 фирм представили компрессионные холодильники емкостью от 140 до 500 л.
В 1927 г. в Германии появились первые абсорбционные холодильники с водяным охлаждением. При использовании наилучшей для того времени теплоизоляции потребляемая мощность холодильника составляла 1750 Вт, энергопотребление - 5 кВт-ч/сутки, цена 6750 DM. Для сравнения у современных аналогов эти же показатели составляют: 100 Вт, менее 1 кВт-ч/сутки, 400 DM соответственно.Серийное производство абсорбционных холодильников начато в Германии в 1933 г.
К выпуску холодильников с принудительной циркуляцией воздуха фирма «Bosch» (Германия) приступила в 1973 г.
Первый холодильник, японского производства появился в 1926 г., а регулярный выпуск их начался с 1933 г.
Наибольшее количество бытовых холодильников производилось в США. Так на 1933 г. парк холодильников в США составил 5825 тыс. шт., Великобритании - 100 тыс. шт., Германии - 30 тыс. шт., Швеции - 17 тыс. шт., Норвегии - 1,0 тыс. шт. В России выпускались единичные импортные образцы и шкафы ледники.
В Японии двухкамерные холодильники с необмерзающими стенками «no frost» появляются в 1967 г. (TOSHIBA), серийное производство налажено с 1977 г.; в Европе - с 80-х годов.
В Японии в 1978 г. осваиваются неразборные шкафы с залитыми испарителем и конденсатором, что резко снизило массу и увеличило коэффициент использования полезного объема; в 1983 г. - высокоэкономичные компактные роторные мотор-компрессоры с материалоемкостью втрое ниже, чем у кривошипно-шатунных (уменьшение габаритных размеров позволило увеличить полезную емкость холодильников на 9 л., а расход электроэнергии снизить на 40-60%); внедряются гибкие технологии с возможностями быстрой переналадки оборудования и перехода с модели на модель за десятки минут; в 1991 г. - появились холодильники с возможностью открывания дверей в любую сторону без перенавески.
В 80-е годы осваиваются холодильники с запененными испарителями в Италии и Германии, многокамерные холодильники в Швеции (в том числе с применением пластмассы для наружных шкафов) и Японии (до 6 дверей), внедряется электронное управление в крупносерийное производство. В Германии начинают использовать отходящую теплоту конденсатора на подогрев воды для хозяйственных нужд; в Европе с 90-х годов появляется текстурованный стальной прокат, создаются модели бытовых холодильников с регулируемыми консольными полками в камере, возможностью перенавески дверей.
В 1992 г. создаются бензиновые холодильники для пустынных регионов (Швеция). Разрабатываются электронные системы диагностики, информирующие о температурах в холодильной и морозильной камерах, нарушениях подачи электроэнергии, неплотно закрытой двери, необходимости очистки конденсатора (Whirlpool, США); а также контролирующие температуры в холодильной и морозильной камерах, напряжение в сети, систему оттаивания и отвода талой воды, работу льдогенератора (GE, США); электронные системы включают синтезатор речи, голос предупреждает владельца о нарушении режимов работы холодильника и неправильной эксплуатации (AEG, Германия).
Фирма «Брисоно э Лотц Маринн» (г. Нант, Франция) изготовила опытные образцы холодильников, работающих на солнечной энергии: испаритель, установленный в сосуде с водой помещен в кожух в изотермической камере, хладагент - метанол, поглотитель - активированный уголь. Активированный уголь в ночное холодное время охлаждается и «откачивает» метанол, который затем испаряется и при этом замораживает воду в сосуде. В дневное время лед тает, уголь нагревается и происходит «дистилляция» метанола, пары которого конденсируются в баке. Ориентировочная цена холодильника емкостью 200...300 л - 20 тыс. французских франков. Ожидаемый спрос 2.. .3 млн. шт. в год. Дополнительные затраты на изготовление технологических линий - 1 млн. французских франков.
До начала 80-х годов хладагенты групп ХФУ и ГХФУ заняли доминирующее положение в холодильной промышленности (бытовое, торговое и промышленное холодильное оборудование). Они рассматривались как вещества, обладающие только преимуществами по сравнению с другими хладагентами.
Однако к 80-м годам, когда ученые ряда стран начали заниматься вопросами изучения влияния ХФУ и ГХФУ на окружающую среду, эти хладагенты стали предметом беспокойства в связи с возникшими глобальными проблемами: повышением парникового эффекта и возможным разрушением озонового слоя.
К середине 70-х годов производство фреонов достигло значительных объемов. В частности, к 1976 г. объем производства R12 достиг почти 340 тыс. т, из которых около 27 тыс. т предназначалось для охлаждающих систем. В 1986 г. суммарное производство фреонов составляло 1,123 млн. т (на долю США приходилось 30%, Европы - 20%, России и Японии по 10%).
Проблема регулирования производства и потребления озоно-бразующих ХФУ в международном масштабе была поднята Венской конвенцией по защите озонового слоя в 1985 г. Дальнейшим важным шагом в решении этой проблемы явилось подписание всеми индустриальными странами Монреальского протокола в 1987 г.
Для замены R12 основными мировыми производителями химической продукции с начала 90-х г. были разработаны и выпускаются однокомпонентный озонобезопасный хладагент R134a и альтернативные сервисные (переходные) смеси (R401A и др.). Для замены R502 и R22 разработаны сервисные смеси с содержанием ГХФУ (R402 и др.) и озонобезопасные ГФУ (R407C и др.). Однако ни один из известных или недавно синтезированных индивидуальных хладагентов не обладает к настоящему времени в полной мере комплексом свойств, которые присущи запрещенным хладагентам.
Следует отметить, что в разработку альтернативных хладагентов рядом государств вложены значительные финансовые средства и по некоторым оценкам специалистов они за последние шесть лет составили свыше 2,4 млрд. долл. Только затраты на изучение токсичности R134a по данным Международного института холода составили около 4,5 млн. долларов, при длительности исследований 7 лет.
Рассматривая направления развития производства бытовой холодильной техники в странах Европы, России, США, Японии, Южной Кореи, Азии следует отметить следующие, характерные тенденции:
- Улучшение удобств при пользовании и условий хранения продуктов, уменьшение трудоемкости обслуживания. При этом значительно возросло количество холодильников с камерами или отделениями «сухой» и «влажной свежести» (biofresh), позволяющими продлить сроки хранения продуктов в свежем, не замороженном состоянии (-2 °С...+2 °С). Намечается также тенденция увеличения емкости зоны «свежести», или универсальной камеры, с возможностями изменения в широких пределах температурных режимов хранения продуктов. Такие модели ориентированы на потребителей, предпочитающих свежие продукты замороженным. Вынесение приборов управления из камер на наружную панель управления и внедрение цветовой индикации о режимах работы.
- Более широкое внедрение прозрачных материалов для сосудов, полок, щитков, дверок и легкосъемных принадлежностей.
- Во внешнем дизайне сохранение мягких скругленных форм углов у дверей (swing - design). Интерьер европейских моделей сохраняет традиционные формы, а обновление идет за счет внедрения новых материалов. Для изготовления прозрачных полок преимущественно используется тяжелое небьющееся закаленное стекло, а в корейских аналогах предпочтение отдается легким полимерным материалам.
- Установка дезодораторов для устранения неприятных запахов, включаемых автономной кнопкой на наружном пульте управления.
- Оснащение морозильных камер аккумуляторами холода в виде лотков-подносов для сохранения низких температур в морозильной камере при неработающем компрессоре, стабилизации температурного режима при его цикличной работе, а также для быстрого замораживания ягод и охлаждения напитков. Компьютеризация управления, световая индикация о режимах охлаждения и независимое регулирование температур в камерах.
- Световая индикация о неплотно закрытой двери и неправильной эксплуатации холодильника с дублированием звуковой сигнализацией.
- Вертикальное расположение камер холодильников. Подавляющее большинство европейских, российских, японских и корейских моделей имеют вертикальное расположение камер. В европейских моделях морозильные камеры объемом до 50 дм?, как правило, располагаются вверху, а свыше 80 дм? - внизу со своим компрессором. Морозильные камеры объемом 50...80 дм? имеют либо верхнее, либо нижнее расположение. Доля морозильной камеры в общем объеме холодильника составляет от 7 до 35%.
- Устройство в двухкамерных холодильниках двухиспари-тельной системы охлаждения с самооттаивающим испарителем холодильной камеры и ручной оттайкой испарителя морозильной камеры «Бирюса», «Атлант», «Stinol» и др.
- Выпуск холодильников с системой охлаждения «No Frost» с самооттаивающим испарителем холодильной камеры и принудительной циркуляцией воздуха в морозильной камере с автоматической оттайкой ее испарителя, а также выпуск холодильников с принудительной циркуляцией воздуха в одной или обеих камерах (Safe Frost).
- Слияние бытовых холодильников с архитектурно-строительной оболочкой жилищного комплекса. - Применение электроконвективного теплообмена для испарителей, конденсаторов и компрессоров.
- Создание холодильников с бактерицидной обработкой пищевых продуктов и охлаждаемой среды в холодильной камере.
- Использование естественного холода в холодильниках.
- Упрощение ремонта холодильников.