Ледяной водой в холодильной технике называется вода с температурой близкой к 0 °С. Ледяная вода — это идеальный хладоноситель, поскольку обладает совокупностью свойств: она неагрессивна, нетоксична, имеет небольшую вязкость и большую теплоемкость, кроме того, она абсолютно безопасна, не коррозионно-активна, а главное дешева.
Благодаря этим качествам ледяная вода в настоящее время имеет широкое применение в разных отраслях пищевой промышленности: так, например, в молочной промышленности ее используют для охлаждения молока после приемки и пастеризации , в мясной — для контактного охлаждения птицы. Также эта технология применяется в кондитерских, хлебопекарных, пивоваренных и других отраслях.
Охлаждение воды в древнем мире и в средние века
Производство холодной воды имеет долгую историю: древние египтяне еще за 2500 лет до н.э. придумали способ как заставить воду саму себя охлаждать. На сохранившихся с того времени фресках изображены рабы, которые большими веерами обмахивали сосуды с питьевой водой. Очевидно, что таким способом, используя для этого обычные кувшины, нельзя получить воду, более холодную, чем окружающий теплый воздух. Однако гениальная, в полном смысле этого слова, мысль состояла в том, чтобы сделать сосуды пористыми. Часть воды, просачиваясь через поры, испарялась на поверхности кувшинов, охлаждая ее; обдувание сухим воздухом интенсифицировало этот процесс. В результате оставшаяся в сосудах вода охлаждалась на 10 … 15 °С ниже начальной температуры. Идея этого способа родилась, по-видимому, из повседневного опыта: увлажненная поверхность тела на ветре охлаждается.
Охлаждение напитков в Древнем Египте
В Индии с незапамятных времен и вплоть до прошлого века тоже использовалось испарительное охлаждение, но в сочетании с другим процессом, делавшим его еще эффективнее. Плоские керамические открытые сосуды, напоминающие по форме большие сковороды, наполнялись водой и помещались на соломенных подстилках, уложенных на дне неглубоких траншей, вырытых в грунте. В ночное время при ясном небе вода в плоских сосудах настолько охлаждалась, что иногда покрывалась коркой льда. Частично охлаждение объяснялось испарением воды, но главная причина была в другом – тепловом излучении с поверхности воды.
Древнегреческий сосуд псиктер, который использовали для охлаждения напитков
Достижения в области охлаждения воды испарением через стенки пористых сосудов были забыты после падения античной цивилизации. Только в средние века с помощью арабов эти «холодильные чудеса» попали в Испанию и Португалию. Здесь широко распространились пористые сосуды для охлаждения воды, называемые «алькарацца». Затем они проникли дальше в Европу, прежде всего во Францию, где стали известны во времена Франциска I (1494-1547 гг.).
Несколько позже, чем испарительное охлаждение, был изобретен и другой способ охлаждения — посредством смешения (точнее его можно было бы назвать растворением). Первое краткое упоминание об открытии, лежащем в его основе, содержится в индийской рукописи «Панкатантрам», датируемой IV в. до н.э. Оно гласит: «Вода охлаждается, если в нее добавляется соль». Основанный на этом методе способ получения льда описан арабским писателем (1203-1269 гг.).
К XVI в, в Европе было уже широко известно применение растворения селитры в воде для охлаждения напитков. В частности, охлажденной таким способом водой, поили рабов-гребцов на галерах. В 1550 г. вышло даже специальное научное сочинение испанского врача Блазиуса Виллафранка. Это, пожалуй, первое из известных практических руководств по холодильной технике. Оно, как и полагалось в то время, было написано на латинском языке и имело, как тогда было принято, длинное название, из которого для нас важны первые два слова: «Меthodus refrigerandi» (методы охлаждения). В нем, в частности, сказано, что такой способ охлаждения воды и вина широко известен и применяется горожанами в домашнем хозяйстве.
Фрагмент книги «Меthodus refrigerandi» Блазиуса Виллафранка
Вскоре был сделан и следующий шаг: было установлено, что смешение селитры со снегом позволяет получать значительно более низкие температуры. Впервые этот способ был описан в труде неаполитанца Баптисто Порта «Madia Naturalis» (1589 г.). Неаполитанский врач Латинус Танкредус писал (1607 г.) о быстром замораживании воды в сосуде, помещенном в такую смесь.
Охлаждающие смеси и в дальнейшем сыграли существенную роль в развитии исследований в области низкотемпературной физики и техники. По существу, они вплоть до середины XIX в. оставались основным средством охлаждения в экспериментальных работах.
История льдогенератора
В 1850 году появилось устройство, которое вырабатывало лед на месте. Американский врач Джон Горри продемонстрировал своё изобретение — первый льдогенератор, а также непосредственно сам процесс получения искусственного льда. В этом агрегате Джон Гори использовал технологию компрессионного цикла, которая и сейчас применяется для производства холодильных камер и морозильников. Однако, в середине 19 века торговля пищевым льдом, стала сверхприбыльным делом, именно поэтому все попытки наладить массовое производство льдогенераторов упирались в монополию продавцов натурального льда. Так что Джону Горри пришлось вернуться к своему прежнему занятию — врачеванию.
Патент на изобретение Карла фон Линде
Более успешным стал Карл фон Линде, который разработал свою технологию охлаждения и в начале 1870-х годов опубликовал соответствующие исследования в баварском издании Bavarian Industry and Trade Journal. Работа оказалась настолько прорывной, что уже летом 1871 года к изобретателю обратилась пивоварня Spaten, которая на тот момент была вынуждена постоянно добывать и хранить лед. Именно по заказу руководства «Шпатена» Линде сконструировал свой льдогенератор, который облегчил пивоварням поддержку низкотемпературных режимов. Получив патент на свое изобретение, Карл фон Линде в 1876 году основал собственную компанию Gesellschaft fur Linde Eismaschinen («Товарищество холодильных машин Линде»), которая к 1913 г. продала 8 400 холодильных машин для 5020 предприятий по всему миру.
