Soğutma - Refrigeration

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Ticari soğutma

Terimi, soğutma araçları, soğutma bir boşluk, bir madde ya da sistemi alt ve / veya (kaldırılan ısı daha yüksek bir sıcaklıkta reddedilen iken), ortam bir altına sıcaklığını korumak için. Başka bir deyişle, soğutma yapay (insan yapımı) soğutmadır . Isı şeklindeki enerji, düşük sıcaklıktaki bir rezervuardan çıkarılır ve yüksek sıcaklıklı bir rezervuara aktarılır. Enerji transferi işi geleneksel olarak mekanik yollarla yürütülür , ancak aynı zamanda ısı, manyetizma , elektrik , lazer veya diğer yollarla da yürütülebilir . Soğutmanın ev tipi buzdolapları , endüstriyel dondurucular , kriyojenik ve klima gibi birçok uygulaması vardır . Isı pompaları , soğutma işleminin ısı çıkışını kullanabilir ve aynı zamanda tersine çevrilebilir şekilde tasarlanabilir, ancak bunun dışında klima ünitelerine benzer.

Soğutmanın endüstri, yaşam tarzı, tarım ve yerleşim düzenleri üzerinde büyük bir etkisi olmuştur. Yiyecekleri koruma fikri, en azından antik Roma ve Çin imparatorluklarına kadar uzanıyor. Ancak, mekanik soğutma teknolojisi hızla gelen, geçen yüzyılda gelişti buz hasat için ısı kontrollü vagonların . Soğutmalı vagonların piyasaya sürülmesi, Amerika Birleşik Devletleri'nin batıya doğru genişlemesine katkıda bulunarak nehirler, limanlar veya vadi yolları gibi ana ulaşım kanallarında olmayan alanlarda yerleşime izin verdi. Yeni keşfedilen doğal kaynaklarla dolu, ülkenin kısır bölgelerinde de yerleşim gelişiyordu.

Bu yeni yerleşim kalıpları, Houston , Texas ve Las Vegas , Nevada gibi aksi takdirde konuksever olmadığı düşünülen alanlarda gelişebilen büyük şehirlerin inşasını ateşledi . Çoğu gelişmiş ülkede, şehirler günlük tüketim için yiyeceklerini elde etmek için süpermarketlerdeki soğutmaya büyük ölçüde bağımlıdır . Gıda kaynaklarındaki artış, çiftliklerin daha küçük bir yüzdesinden gelen daha büyük bir tarımsal satış yoğunluğuna yol açmıştır. Günümüz çiftlikleri, 1800'lerin sonlarına kıyasla kişi başına çok daha fazla çıktıya sahip. Bu, toplumun beslenmesi üzerinde büyük bir etkiye sahip olan tüm popülasyonlar için mevcut olan yeni gıda kaynakları ile sonuçlandı.

Tarih

İlk soğutma biçimleri

Kar ve buzun mevsimlik hasadı, MÖ 1000'den önce başladığı tahmin edilen eski bir uygulamadır. Shijing olarak bilinen bu döneme ait bir Çin şarkı sözü koleksiyonu, buz mahzenlerini doldurmak ve boşaltmak için yapılan dini törenleri anlatıyor. Bununla birlikte, bu buz mahzenlerinin inşası veya buzun amacı hakkında çok az şey bilinmektedir. Buz hasadını kaydeden bir sonraki antik toplum, "Hasat zamanındaki kar soğuğu gibi, onlara onu gönderen sadık bir elçi de öyledir" yazan Özdeyişler kitabındaki Yahudiler olabilir. Tarihçiler bunu Yahudilerin yiyecekleri korumak yerine içecekleri soğutmak için buz kullandıkları şeklinde yorumladılar. Yunanlılar ve Romalılar gibi diğer eski kültürler, soğuk hava deposu olarak çimen, saman veya ağaç dallarıyla yalıtılmış büyük kar çukurları kazdılar. Yahudiler gibi, Yunanlılar ve Romalılar da yiyecekleri muhafaza etmek için buz ve kar kullanmadılar, ama öncelikle içecekleri soğutmak için bir araç olarak kullandılar. Mısırlılar da içecekleri soğutmak için yöntemler geliştirdiler, ancak Mısırlılar suyu soğutmak için buz kullanmak yerine sığ toprak kavanozlara kaynar su koyup geceleri evlerinin çatılarına koyarak suyu soğutmuşlardı. Köleler kavanozların dışını nemlendirir ve ortaya çıkan buharlaşma suyu soğutur. Hindistan'ın eski insanları buz üretmek için aynı kavramı kullandılar. Persler, Yakhchal adı verilen bir çukurda buz depoladılar ve yiyecekleri korumak için soğuk hava deposunu kullanan ilk insan grubu olabilirler. Avustralya taşrasında, havanın sıcak ve kuru olabileceği güvenilir bir elektrik kaynağı bulunmadan önce, birçok çiftçi bir Coolgardie kasası kullanıyordu . Bu , tavandan sarkan kendir (çuval bezi) perdeli bir odadan oluşuyordu . Su buharlaşır ve böylece kendir perdelerini ve dolayısıyla odada dolaşan havayı soğutur. Bu, meyve, tereyağı ve kurutulmuş etler gibi pek çok çabuk bozulan maddenin normalde sıcağında bozulacak şekilde saklanmasına izin verirdi.

Buz hasadı

Massachusetts'de buz hasadı , 1852, arka planda demiryolu hattını gösteren , buzu taşımak için kullanılır.

1830'dan önce, buz depoları ve buzlukların olmaması nedeniyle çok az Amerikalı yiyecekleri soğutmak için buz kullanıyordu. Bu iki şey daha yaygın hale geldikçe, bireyler ambarları için buz toplamak için balta ve testereler kullandılar . Bu yöntemin zor, tehlikeli olduğu ve kesinlikle ticari ölçekte kopyalanabilecek hiçbir şeye benzemediği kanıtlandı.

Frederic Tudor, buz hasadının zorluklarına rağmen, New England'da buz hasadı yaparak ve Karayip adalarına ve güney eyaletlerine göndererek bu yeni maldan yararlanabileceğini düşündü. Başlangıçta Tudor binlerce dolar kaybetti, ancak sonunda Charleston, Virginia ve Küba liman kenti Havana'da buz evleri inşa ederken kar etti. Bu buzullar ve daha iyi yalıtılmış gemiler, buz israfını% 66'dan% 8'e düşürmeye yardımcı oldu. Bu verimlilik kazancı, Tudor'un buz pazarını New Orleans ve Savannah gibi buzulların bulunduğu diğer kasabalara genişletmesini sağladı. Bu buz pazarı, Tudor'un tedarikçilerinden biri olan Nathaniel Wyeth'in 1825'te atlı bir buz kesiciyi icat etmesiyle daha hızlı ve ucuz hale geldikçe daha da genişledi. Bu buluş ve Tudor'un başarısı, diğerlerine buz ticaretine ve buza katılma konusunda ilham verdi. endüstri büyüdü.

Buz, 1830'ların başlarında, buz fiyatının pound başına altı sentten pound başına yarım sente düşmesiyle bir kitle-pazar ürünü haline geldi. New York City'de buz tüketimi 1843'te 12.000 tondan 1856'da 100.000 tona çıktı. Aynı dönemde Boston'un tüketimi 6.000 tondan 85.000 tona sıçradı. Buz hasadı, insanların çoğu süt ürünlerini, balıklarını, etlerini ve hatta meyve ve sebzeleri depolamak için buz ve buz kutularını kullandığından bir "soğutma kültürü" yarattı. Bu erken soğuk depolama uygulamaları, birçok Amerikalının yakında ülkeyi ele geçirecek olan soğutma teknolojisini kabul etmesine yol açtı.

Soğutma araştırması

William Cullen , yapay soğutma ile ilgili deneyler yapan ilk kişi.

Yapay soğutmanın tarihi, İskoç profesör William Cullen'in 1755'te küçük bir soğutma makinesi tasarlamasıyla başladı. Cullen , daha sonra kaynayan ve çevredeki havadan ısıyı emen bir dietil eter kabı üzerinde kısmi bir vakum oluşturmak için bir pompa kullandı . Deney, az miktarda buz bile yarattı, ancak o sırada pratik bir uygulaması yoktu.

1758'de, kimya profesörü Benjamin Franklin ve John Hadley , İngiltere'deki Cambridge Üniversitesi'nde bir nesneyi hızla soğutmanın bir yolu olarak buharlaşma ilkesini araştıran bir proje üzerinde işbirliği yaptılar . Alkol ve eter gibi son derece uçucu sıvıların buharlaşmasının, suyun donma noktasını geçen bir nesnenin sıcaklığını düşürmek için kullanılabileceğini doğruladılar. Deneylerini, nesneleri olarak bir cıva termometresinin ampulü ve buharlaşmayı hızlandırmak için kullanılan bir körük ile gerçekleştirdiler; ortam sıcaklığı 18 ° C (65 ° F) iken termometre ampulünün sıcaklığını -14 ° C'ye (7 ° F) düşürdüler. Suyun donma noktasını 0 ° C (32 ° F) geçtikten kısa bir süre sonra, termometrenin ampulünün yüzeyinde ince bir buz tabakası oluştuğunu ve buz kütlesinin yaklaşık 6,4 milimetre ( 14  inç) olduğunu belirttiler. -14 ° C'ye (7 ° F) ulaştıktan sonra deneyi durdurduklarında kalın. Franklin, "Bu deneyden, bir adamı sıcak bir yaz gününde donarak ölme olasılığı görebilir" diye yazmıştır. 1805'te Amerikalı mucit Oliver Evans , vakum altında eter ile buz üretimi için kapalı bir buhar sıkıştırmalı soğutma döngüsü tanımladı .

1820'de İngiliz bilim adamı Michael Faraday , yüksek basınç ve düşük sıcaklıklar kullanarak amonyak ve diğer gazları sıvılaştırdı ve 1834'te Büyük Britanya'ya giden Amerikalı bir göçmen olan Jacob Perkins , dünyadaki ilk çalışan buhar sıkıştırmalı soğutma sistemini kurdu. Patentinde anlattığı gibi, sürekli çalışabilen kapalı bir döngüdü:

Sıvıları soğutmak veya dondurmak için uçucu akışkanları kullanabiliyorum ve aynı zamanda bu tür uçucu akışkanları sürekli olarak yoğunlaştırıp atık olmadan tekrar faaliyete geçirebiliyorum.

Prototip sistemi ticari olarak başarılı olamamasına rağmen çalıştı.

1842'de, çalışan bir prototip yapan Amerikalı doktor John Gorrie tarafından benzer bir girişimde bulunuldu , ancak bu ticari bir başarısızlıktı. Bu süre zarfında tıp uzmanlarının çoğu gibi, Gorrie de tropikal sıcağa çok fazla maruz kalmanın zihinsel ve fiziksel dejenerasyona ve sıtma gibi hastalıkların yayılmasına yol açtığını düşünüyordu. Hastalıkları önlemek için soğutma sistemini evlerde ve hastanelerde konfor için havayı soğutmak için kullanma fikrini tasarladı. Amerikalı mühendis Alexander Twining , 1850'de eter kullanan bir buhar sıkıştırma sistemi için İngiliz patentini aldı.

İlk pratik buhar sıkıştırmalı soğutma sistemi, Avustralya'ya göç etmiş bir İngiliz gazeteci olan James Harrison tarafından inşa edildi . 1856 patenti, eter, alkol veya amonyak kullanan bir buhar sıkıştırma sistemi içindi. O Rocky Point Barwon Nehri kıyısında 1851 yılında mekanik bir buz yapma makinesi inşa Geelong , Victoria 1854 yılında izledi ve ilk ticari buz yapma makinesinin Harrison ayrıca bira ve ticari buhar sıkıştırmalı soğutma tanıtıldı Et- paketleme evleri ve 1861'de bir düzine sistemi çalışıyordu. Daha sonra , Birleşik Krallık'a soğutulmamış sığır eti satışının Amerikan avantajına karşı nasıl rekabet edileceği tartışmasına girdi . 1873'te Norfolk yelkenli gemisini Birleşik Krallık'a soğutma sistemi yerine soğuk oda sistemi kullanan deneysel bir sığır eti sevkiyatı için hazırladı . Girişim, buz beklenenden daha hızlı tüketildiği için başarısız oldu.

Ferdinand Carré'nin buz yapma cihazı

Suda çözünmüş gaz halindeki amonyağı kullanan ilk gaz absorpsiyonlu soğutma sistemi ("su amonyak" olarak adlandırılır), 1859'da Fransa'dan Ferdinand Carré tarafından geliştirildi ve 1860'da patenti alındı. Buharlı lokomotifler konusunda uzmanlaşmış bir mühendis ve mühendislik profesörü olan Carl von Linde Münih teknoloji Üniversitesi Almanya'da, yıl boyunca izin verecek bir teknoloji için bira gelen talebe yanıt olarak 1860'larda ve 1870'lerde soğutma araştırma başladı büyük ölçekli üretim lager ; 1876'da gazları sıvılaştırmak için geliştirilmiş bir yöntemin patentini aldı. Yeni işlemi , soğutucu olarak amonyak , sülfür dioksit (SO 2 ) ve metil klorür (CH 3 Cl) gibi gazların kullanılmasını mümkün kıldı ve 1920'lerin sonlarına kadar bu amaçla yaygın olarak kullanıldılar. .

Amerikalı bir baloncu olan Thaddeus Lowe , buz yapma makinelerinde birkaç patente sahipti. "Sıkıştırmalı Buz Makinesi" soğuk depolama endüstrisinde devrim yaratacaktı. 1869'da diğer yatırımcılar ve o, Lowe'un soğutma ünitelerinden birini yükledikleri ve New York'tan Gulf Coast bölgesine taze meyve ve Galveston, Texas'tan New York'a taze et göndermeye başladıkları eski bir buharlı gemi satın aldı, ancak Lowe'un eksikliği yüzünden nakliye konusundaki bilgi birikimi nedeniyle, işletme maliyetli bir başarısızlıktı.

Ticari kullanım

Bir 1870 buzdolabı arabası tasarımı. Çatıdaki kapaklar, her iki uçta da hasat edilen buzun depolanması için tanklara erişim sağlıyordu.
Andrew Muhl tarafından 12 Aralık 1871 tarihli Buz Yapıcı Patenti.

1842'de John Gorrie , buz üretmek için suyu soğutabilen bir sistem yarattı. Ticari bir başarısızlık olmasına rağmen, dünyanın dört bir yanındaki bilim adamlarına ve mucitlere ilham verdi. Fransız Ferdinand Carre ilham alanlardan biriydi ve Gorrie'den daha basit ve daha küçük bir buz üretim sistemi yarattı. İç Savaş sırasında, New Orleans gibi şehirler artık kıyı buz ticareti yoluyla New England'dan buz alamıyordu. Carre'nin soğutma sistemi New Orleans'ın buz sorunlarına çözüm oldu ve 1865'te şehirde Carre'nin üç makinesi vardı. 1867'de, San Antonio, Teksas'ta, Andrew Muhl adında bir Fransız göçmen, 1871'de Waco'ya taşımadan önce genişleyen sığır eti endüstrisine hizmet etmeye yardımcı olmak için bir buz yapma makinesi inşa etti. 1873'te, bu makinenin patenti Columbus Iron tarafından imzalandı. Works, WC Bradley Co. tarafından satın alınan ve ABD'deki ilk ticari buz yapıcıları üretmeye devam eden bir şirkettir.

1870'lerde bira fabrikaları, hasat edilen buzun en büyük kullanıcıları haline geldi. Buz hasadı endüstrisi 20. yüzyılın başında muazzam bir şekilde büyümüş olsa da, kirlilik ve kanalizasyon doğal buza girmeye başlamıştı ve bu da onu metropol banliyölerinde bir sorun haline getirmişti. Sonunda, bira fabrikaları kirli buzdan şikayet etmeye başladı. Buzun oluştuğu suyun saflığına ilişkin kamuoyu endişesi, mikrop teorisinin yükselişi ile 1900'lerin başında artmaya başladı. Çok sayıda medya kuruluşu, tifo gibi hastalıkları doğal buz tüketimiyle ilişkilendiren makaleler yayınladı. Bu, ülkenin belirli bölgelerinde buz hasadının yasadışı hale gelmesine neden oldu. Tüm bu senaryolar, modern soğutma ve üretilen buz taleplerini artırdı. Carre ve Muhl'inki gibi buz üreten makineler, bakkalların, çiftçilerin ve gıda nakliyecilerinin ihtiyaçlarını karşılamak için buz üretme aracı olarak görülüyordu.

ABD'de 1840'larda süt ürünlerinin kısa vadede taşınması için soğutulmuş demiryolu arabaları tanıtıldı, ancak bunlar soğuk bir sıcaklığı korumak için hasat edilmiş buz kullandı.

Dunedin , ticari açıdan başarılı ilk soğutmalı gemi.

Yeni soğutma teknolojisi, ilk olarak İngiliz Dominyonlarından ve diğer ülkelerden Britanya Adalarına soğutmalı gemilerde deniz yoluyla taşınması için et malzemelerini dondurmak için yaygın endüstriyel kullanımla karşılaştı . Bu atılımı ilk gerçekleştiren, Yeni Zelanda'ya göç etmiş bir girişimciydi . William Soltau Davidson , İngiltere'nin artan nüfusunun ve et talebinin, Yeni Zelanda'yı ağır şekilde etkileyen dünya yün pazarlarındaki çöküşü hafifletebileceğini düşünüyordu. Kapsamlı araştırmalardan sonra , 1881'de et nakliyesi için bir sıkıştırmalı soğutma ünitesi ile yeniden donatılması için Dunedin'i görevlendirdi. 15 Şubat 1882'de, Dunedin , ticari açıdan başarılı ilk soğutmalı nakliye yolculuğuyla Londra'ya yelken açtı ve soğutulmuş et endüstrisi .

The Times , "Birkaç gün önce inanılmaz, hatta hayal bile edilemeyecek olan fiziksel zorluklara karşı bugün böyle bir zafer kaydetmeliyiz ..." yorumunu yaptı. Marlborough -sister gemi için Dunedin - derhal dönüştürülen ve rakibi Yeni Zelanda Nakliye Şirketi gemi ile birlikte ertesi yıl ticaretini katıldı Mataurua Alman Steamer ederken, Marsala beş yıl içinde Aralık 1882 yılında dondurulmuş Yeni Zelanda kuzu taşıyan başladı Yeni Zelanda'dan Birleşik Krallık'a 172 dondurulmuş et sevkiyatı yapıldı ve bunlardan sadece 9'unda önemli miktarda et kınandı. Soğutmalı nakliye, Avustralasya ve Güney Amerika'da da daha geniş bir et ve süt ürünleri patlamasına yol açtı . J & E arasında Dartford , İngiltere 30.000 karkas getirmek için bir buhar sıkıştırma sistemi ile 'SS Selembria' donanımlı koyun eti dan Falkland Adaları önümüzdeki yıllarda 1886 yılında, sanayi hızla Avustralya, Arjantin ve ABD'ye genişletti.

1890'larda soğutma, gıda dağıtımında hayati bir rol oynadı. Et paketleme endüstrisi 1880'lerde büyük ölçüde doğal buza bel bağladı ve bu teknolojiler ortaya çıktıkça üretilen buza güvenmeye devam etti. 1900'e gelindiğinde, Chicago'daki et paketleme evleri amonyak döngülü ticari soğutmayı benimsedi. 1914'e gelindiğinde hemen hemen her yerde yapay soğutma kullanıldı. Büyük et Packers , Zırh, Swift ve Wilson, daha uzak dağıtım bölgelerinde tren arabalar ve şube evleri ve depolama tesislerinde kullanılan en pahalı birimleri satın almış.

20. yüzyılın ortalarında, soğutma üniteleri kamyonlara veya kamyonlara monte edilmek üzere tasarlandı. Soğutmalı araçlar, donmuş yiyecekler, meyve ve sebzeler ve sıcaklığa duyarlı kimyasallar gibi çabuk bozulan ürünleri taşımak için kullanılır. Modern buzdolaplarının çoğu sıcaklığı –40 ile –20 ° C arasında tutar ve maksimum yük kapasitesi yaklaşık 24.000 kg brüt ağırlıktır (Avrupa'da).

Ticari soğutma hızla ilerlemesine rağmen, eve taşınmasını engelleyen sınırlamaları vardı. Birincisi, çoğu buzdolabı çok büyüktü. 1910'da kullanılan ticari birimlerin bazıları beş ila iki yüz ton ağırlığındaydı. İkinci olarak, ticari buzdolaplarının üretimi, satın alınması ve bakımı pahalıydı. Son olarak, bu buzdolapları güvensizdi. Ticari buzdolaplarının alev alması, patlaması veya zehirli gazlar sızdırması alışılmadık bir durum değildi. Soğutma, bu üç zorluğun üstesinden gelinene kadar bir ev teknolojisi haline gelmedi.

Ev ve tüketici kullanımı

20. yüzyılın başlarında başlayan mekanik soğutmanın tüketiciye uyarlanmasının erken bir örneği . Soğutucu olarak kükürt dioksit .
Modern bir ev buzdolabı

1800'lerin başında tüketiciler, buz toplayıcılardan satın aldıkları yiyecekleri ve buzu buz kutularında saklayarak yiyeceklerini korudular. 1803'te Thomas Moore, çoğu buz kutusunun prototipi haline gelen metal kaplı bir tereyağı saklama teknesinin patentini aldı. Bu buz kutuları yaklaşık 1910 yılına kadar kullanıldı ve teknoloji ilerlemedi. Aslında, 1910'da buz kutusunu kullanan tüketiciler, 1800'lerin başında tüketicilerin karşılaştığı küflü ve kokmuş bir buz kutusunun aynı zorluğuyla karşı karşıya kaldılar.

General Electric (GE), bu zorlukların üstesinden gelen ilk şirketlerden biriydi. 1911'de GE, gazla çalışan bir ev tipi soğutma ünitesi çıkardı. Gaz kullanımı, elektrikli kompresör motoruna olan ihtiyacı ortadan kaldırmış ve buzdolabının boyutunu azaltmıştır. Ancak GE'nin müşterisi olan elektrik şirketleri gazla çalışan bir üniteden yararlanamadı. Bu nedenle GE, bir elektrikli model geliştirmeye yatırım yaptı. 1927'de GE, elektrikle çalışan ilk buzdolabı olan Monitor Top'u piyasaya sürdü.

1930 yılında Frigidaire, GE'nin ana rakipleri biri, sentezlenmiş Freon . Çoğunlukla bir kloroflorokarbon (CFC) kimyasalına dayanan sentetik soğutucu akışkanların icadıyla, ev ve tüketici kullanımı için daha güvenli buzdolapları mümkün oldu. Freon, daha küçük, daha hafif ve daha ucuz buzdolaplarının geliştirilmesine yol açtı. Freon senteziyle bir buzdolabının ortalama fiyatı 275 dolardan 154 dolara düştü. Bu düşük fiyat, Amerikan evlerinde buzdolaplarının sahipliğinin% 50'yi aşmasına izin verdi. Freon, DuPont Corporation'ın bir ticari markasıdır ve bu CFC'lere ve daha sonra 1920'lerin sonlarında geliştirilen hidro kloroflorokarbon (HCFC) ve hidro florokarbona (HFC) atıfta bulunur. Bu soğutucu akışkanların o zamanlar yaygın olarak kullanılan metil format, amonyak, metil klorür ve sülfür dioksit dahil olmak üzere o zamanki soğutucu akışkanlardan daha az zararlı olduğu düşünülüyordu. Amaç, tehlikesiz ev kullanımı için soğutma ekipmanı sağlamaktı. Bu CFC soğutucu akışkanlar bu ihtiyaca cevap verdi. 1970'lerde, bileşiklerin atmosferik ozonla reaksiyona girdiği ve güneşin ultraviyole radyasyonuna karşı önemli bir koruma sağladığı bulundu ve dünya çapında bir soğutucu olarak kullanımları 1987'deki Montreal Protokolü ile kısıtlandı .

Yerleşim modellerine etkisi

Geçen yüzyılda soğutma, yeni yerleşim modellerinin ortaya çıkmasına izin verdi. Bu yeni teknoloji, başka türlü yerleşmemiş olabilecek nehir, vadi yolu veya liman gibi doğal bir ulaşım kanalı üzerinde olmayan yeni alanların yerleşmesine izin verdi. Soğutma, ilk yerleşimcilere batıya ve nüfusun bulunmadığı kırsal alanlara doğru genişleme fırsatı verdi. Zengin ve kullanılmamış toprağa sahip bu yeni yerleşimciler, doğudaki şehirlere ve eyaletlere hammadde göndererek kar etme fırsatı buldular. 20. yüzyılda, soğutma Dallas, Phoenix ve Los Angeles gibi “Galaktik Şehirler” i mümkün kıldı.

Soğutmalı vagonlar

Soğutmalı vagon ( soğutmalı minibüs veya buzdolaplı araba ), yoğun demiryolu ağı ile birlikte, pazar yeri ile çiftlik arasında sadece bölgesel bir fırsattan ziyade ulusal bir fırsat sağlayan son derece önemli bir bağlantı haline geldi. Soğutmalı vagonun icadından önce, çabuk bozulan gıda ürünlerini uzun mesafelere nakletmek imkansızdı. Sığır eti paketleme endüstrisi, soğutma arabaları için ilk talebi artırdı. Demiryolu şirketleri, sığır arabalarına, ağıllara ve besi yerlerine yaptıkları yoğun yatırımlar nedeniyle bu yeni buluşu benimsemekte yavaş davrandılar. Soğutma arabaları da diğer vagonlara kıyasla karmaşık ve maliyetliydi, bu da soğutmalı vagonların benimsenmesini yavaşlattı. Soğutmalı arabanın yavaş benimsenmesinden sonra, sığır paketleme endüstrisi, buz tesislerini kontrol etme kabiliyetleri ve buzlanma ücretlerinin ayarlanmasıyla soğutmalı vagon işine hakim oldu. Amerika Birleşik Devletleri Tarım Bakanlığı, 1916'da ülkede öldürülen sığırların yüzde altmış dokuzundan fazlasının eyaletler arası ticaretle uğraşan bitkilerde yapıldığını tahmin ediyordu. Et ticaretine de dahil olan aynı şirketler daha sonra sebze ve meyveyi de içerecek şekilde soğutmalı taşımacılığı uygulamaya koydu. Et paketleme şirketleri, soğutulmuş arabalar gibi pahalı makinelere ve her türden çabuk bozulan malları etkili bir şekilde dağıtmalarına izin veren soğuk depolama tesislerine sahipti. Birinci Dünya Savaşı sırasında, Amerika Birleşik Devletleri Yönetimi tarafından boşta kalan arabalar sorununu çözmek için ulusal bir buzdolabı araba havuzu oluşturuldu ve daha sonra savaştan sonra devam etti. Boşta duran araba sorunu, mevsimlik hasatlar arasında anlamsız bir şekilde duran soğutma arabalarının sorunuydu. Bu, çok pahalı arabaların yılın önemli bir bölümünde tren bahçelerinde otururken, aracın sahibine hiç gelir sağlamadığı anlamına geliyordu. Araba havuzu, mahsuller olgunlaştıkça arabaların bölgelere dağıtıldığı ve arabaların maksimum kullanımını sağlayan bir sistemdi. Soğutmalı vagonlar, Amerika'nın doğudaki tüketim pazarını tatmin etmek için batı eyaletlerindeki üzüm bağlarından, bahçelerden, tarlalardan ve bahçelerden doğuya doğru hareket etti. Soğutmalı araba, bozulabilir mahsulleri yüzlerce ve hatta binlerce kilometre veya mil taşımayı mümkün kıldı. Otomobilin yarattığı en dikkat çekici etki, bölgesel bir sebze ve meyve uzmanlaşmasıydı. Soğutmalı vagon, 1950'lere kadar çabuk bozulan malların taşınmasında yaygın olarak kullanıldı. 1960'lara gelindiğinde, ülkenin eyaletler arası karayolu sistemi, kamyonların çabuk bozulan gıda yüklerinin çoğunu taşımasına ve soğutmalı vagonların eski sistemini itmesine izin verecek şekilde tamamlanmıştı.

Batıya ve kırsal alanlara doğru genişleme

Soğutmanın yaygın kullanımı, Amerika Birleşik Devletleri'nde çok sayıda yeni tarımsal fırsatların açılmasına izin verdi. Amerika Birleşik Devletleri'nde daha önce ıssız ve yoğun nüfuslu alanlardan çok uzak bölgelerde yeni pazarlar ortaya çıktı. Yeni tarım fırsatı, güney ve batıdaki eyaletler gibi kırsal kabul edilen alanlarda kendini gösterdi. Güney ve Kaliforniya'dan büyük ölçekli sevkiyatlar aynı zamanda yapıldı, ancak güneyde buz üretmek yerine Kaliforniya'daki Sierras'tan doğal buz kullanıldı. Soğutma, birçok alanın belirli meyvelerin yetiştirilmesinde uzmanlaşmasına izin verdi. Kaliforniya çeşitli meyve, üzüm, şeftali, armut, erik ve elma konusunda uzmanlaşırken, Gürcistan özellikle şeftalileriyle ünlü oldu. Kaliforniya'da, soğutmalı vagonların kabulü, araba yüklerinin 1895'te 4.500 vagondan 1905'te 8.000 ila 10.000 vagon yüküne çıkmasına neden oldu. Körfez Devletleri, Arkansas, Missouri ve Tennessee büyük ölçekte çilek üretimine başladı. Mississippi, domates endüstrisinin merkezi haline geldi . New Mexico, Colorado, Arizona ve Nevada kavun yetiştirdi. Soğutma olmadan bu mümkün olamazdı. 1917'ye gelindiğinde, doğu pazarlarına yakın olan köklü meyve ve sebze alanları, bu uzak uzmanlık merkezlerinden gelen rekabet baskısını hissetti. Soğutma et, meyve ve sebzelerle sınırlı kalmadı, aynı zamanda süt ürünleri ve süt çiftliklerini de kapsıyordu. Yirminci yüzyılın başlarında büyük şehirler, süt ürünlerini 640 kilometre (400 mil) kadar uzaktaki çiftliklerden alıyorlardı. Daha fazla dayanıksızlık nedeniyle süt ürünleri, meyve ve sebze gibi uzak mesafelere kolaylıkla taşınamıyordu. Soğutma, doğu pazarlarından uzakta batıda üretimi mümkün kıldı, o kadar ki, süt hayvancılığı çiftçileri nakliye masraflarını ödeyebilir ve yine de doğudaki rakiplerinin altına düşebilir. Soğutma ve soğutmalı demiryolu, nehir, vadi yolu veya limanlar gibi doğal ulaşım kanalından uzak, zengin toprağı olan bölgelere fırsat verdi.

Galaktik şehrin yükselişi

"Edge city" Joel Garreau tarafından icat edilmiş bir terim iken, "galaktik şehir" terimi Lewis Mumford tarafından icat edilmiştir . Bu terimler, daha önce bir yerleşim bölgesi veya kırsal alan olan geleneksel bir şehir merkezi veya merkezi iş bölgesi dışındaki iş, alışveriş ve eğlencenin yoğunlaşmasını ifade eder. Los Angeles, Las Vegas, Houston ve Phoenix gibi bu şehirlerin büyümesine katkıda bulunan birkaç faktör vardı. Bu büyük şehirlere katkıda bulunan faktörler arasında güvenilir otomobiller, otoyol sistemleri, soğutma ve tarımsal üretim artışları yer alıyor. Yukarıda bahsedilenler gibi büyük şehirler tarihte nadir görülmemiştir, ancak bu şehirleri diğerlerinden ayıran şey, bu şehirlerin doğal bir ulaşım kanalı veya patika, liman gibi iki veya daha fazla kanalın kavşağında olmamasıdır. , dağ, nehir veya vadi. Bu büyük şehirler, yalnızca birkaç yüz yıl önce yaşanamaz olan alanlarda geliştirildi. Havayı soğutmanın ve su ve yiyecekleri uzak mesafelerden taşımanın uygun maliyetli bir yolu olmasaydı, bu büyük şehirler asla gelişemezdi. Bu şehirlerin hızlı büyümesi, soğutmadan ve tarımsal üretkenlik artışından etkilenerek daha uzaktaki çiftliklerin nüfusu etkin bir şekilde beslemesine izin verdi.

Tarım ve gıda üretimi üzerindeki etkisi

Tarımın gelişmiş ülkelerdeki rolü, soğutma da dahil olmak üzere birçok faktör nedeniyle son yüzyılda büyük ölçüde değişti. 2007 nüfus sayımından elde edilen istatistikler, bugün Amerika Birleşik Devletleri'ndeki mevcut çiftliklerin küçük bir kısmından gelen büyük tarımsal satış yoğunluğu hakkında bilgi vermektedir. Bu, 1880'lerde Yeni Zelanda'dan gelen donmuş koyun karkaslarının ilk başarılı sevkiyatı ile dondurulmuş et ticareti için yaratılan pazarın kısmi bir sonucudur. Pazar büyümeye devam ettikçe, gıda işleme ve kalite ile ilgili düzenlemeler uygulanmaya başlandı. Sonunda, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki kırsal evlere elektrik getirildi ve bu da soğutma teknolojisinin çiftlikte genişlemeye devam etmesini sağlayarak kişi başına üretimi artırdı. Günümüzde çiftlikte soğutma kullanımı nem seviyelerini düşürmekte, bakteri üremesinden kaynaklanan bozulmayı engellemekte ve korumaya yardımcı olmaktadır.

Demografik bilgiler

Soğutmanın getirilmesi ve ek teknolojilerin evrimi, Amerika Birleşik Devletleri'nde tarımı büyük ölçüde değiştirdi. 20. yüzyılın başında çiftçilik, Birleşik Devletler vatandaşları için ortak bir meslek ve yaşam tarzıydı, çünkü çoğu çiftçi aslında kendi çiftliklerinde yaşıyordu. 1935'te Amerika Birleşik Devletleri'nde 6,8 milyon çiftlik vardı ve 127 milyonluk bir nüfus vardı. Yine de, Birleşik Devletler nüfusu artmaya devam ederken, tarımı izleyen vatandaşlar azalmaya devam ediyor. 2007 ABD Nüfus Sayımına göre, bugün 310 milyonluk bir nüfusun yüzde birinden daha azı çiftçiliğin bir meslek olduğunu iddia ediyor. Bununla birlikte, artan nüfus, daha fazla çeşitlilikte mahsul, gübre, böcek ilacı ve gelişmiş teknoloji ile karşılanan tarımsal ürünlere yönelik artan bir talebe yol açmıştır. Gelişmiş teknoloji, tarımsal yönetim durumunda risk ve zamanı azalttı ve daha büyük çiftliklerin toplumun talebini karşılamak için kişi başına çıktılarını artırmasına izin verdi.

Et paketleme ve ticareti

1882'den önce , Yeni Zelanda'nın Güney Adası ot ekme ve koyun melezleme üzerinde deneyler yapıyordu ve bu da çiftçilere et ihracatında hemen ekonomik potansiyel kazandırdı. 1882 yılında, koyun leşleri ilk başarılı sevkiyat gönderildi Port Chalmers içinde Dunedin için, Yeni Zelanda London . 1890'lara gelindiğinde, dondurulmuş et ticareti Yeni Zelanda'da, özellikle 1900'de ihraç edilen koyun karkaslarının% 50'sinin geldiği Canterbury'de giderek daha karlı hale geldi. Canterbury etinin en yüksek kaliteyle tanınması çok uzun sürmedi ve talep yarattı. Tüm dünyada Yeni Zelanda eti için. Bu yeni talebi karşılamak için çiftçiler yemlerini geliştirdiler, böylece koyun sadece yedi ayda kesime hazır hale geldi. Bu yeni nakliye yöntemi, 1890'ların ortalarında Yeni Zelanda'da ekonomik bir patlamaya yol açtı.

Amerika Birleşik Devletleri'nde, yerel kasaplar soğutmalı vagon sisteminin sağlıksız olduğunu düşündükleri için, Amerika Birleşik Devletleri'nde 1891 tarihli Et Muayene Yasası yürürlüğe girdi. Et paketleme artmaya başladığında, tüketiciler tüketilecek etin kalitesi konusunda endişelendiler. Upton Sinclair'in 1906 romanı The Jungle , hafif sağlıksız çalışma koşullarından ve hastalıklı hayvanların işlenmesinden yararlanarak et paketleme endüstrisine olumsuz dikkat çekti. Kitap, Başkan Theodore Roosevelt'in dikkatini çekti ve 1906 Et Muayene Yasası , 1891 Et Muayene Yasası'nda bir değişiklik olarak yürürlüğe girdi. Bu yeni yasa, içinde işlendiği etin kalitesi ve çevreye odaklandı.

Kırsal alanlarda elektrik

1930'ların başlarında, Amerika Birleşik Devletleri'nin kentsel nüfusunun yüzde 90'ı elektrik gücüne sahipti , bu da kırsal evlerin sadece yüzde 10'uydu. O zamanlar, elektrik şirketleri, gücü kırsal alanlara yaymanın ( kırsal elektrifikasyon ), harcadıkları zamana değecek kadar kâr getireceğini düşünmüyordu . Bununla birlikte, Büyük Buhranın ortasında , Başkan Franklin D. Roosevelt, kırsal alanların, elektriksel olarak bağlanmadıkları takdirde, hem yoksulluk hem de üretim açısından kentsel alanların gerisinde kalmaya devam edeceğini fark etti. 11 Mayıs 1935'te başkan, REA olarak da bilinen Kırsal Elektrifikasyon İdaresi adında bir yürütme emri imzaladı. Ajans, kırsal bölgelerdeki elektrik altyapısını finanse etmek için krediler sağladı. Sadece birkaç yıl içinde, Amerika Birleşik Devletleri'nin kırsal kesimlerindeki 300.000 kişi evlerinde iktidara geldi.

Elektrik, çiftliklerdeki çalışma koşullarını önemli ölçüde iyileştirirken, gıda üretiminin güvenliği üzerinde de büyük bir etkiye sahipti. Çiftçilik ve gıda dağıtım süreçlerine soğutma sistemleri getirildi , bu da gıda korumasına yardımcı oldu ve gıda kaynaklarını güvenli tuttu . Soğutma aynı zamanda dayanıksız malların üretimine de izin verdi ve bunlar daha sonra Birleşik Devletler'in her yerine gönderilebilirdi. Sonuç olarak, Birleşik Devletler çiftçileri hızla dünyadaki en üretken hale geldi ve yepyeni gıda sistemleri ortaya çıktı.

Çiftlik kullanımı

Bakteriyel büyümeden kaynaklanan nem seviyelerini ve bozulmayı azaltmak için, günümüzde çiftçilikte et, ürün ve süt ürünleri işlemede soğutma kullanılmaktadır. Kalite standartlarını karşılamak ve raf ömrünü uzatmak için en kısa zamanda soğutulması gereken tarım ürünleri için en sıcak aylarda soğutma sistemleri kullanılmaktadır. Bu arada, süt çiftlikleri bozulmaması için tüm yıl boyunca sütü soğutur.

Yaşam tarzı ve diyet üzerindeki etkiler

19. Yüzyılın sonlarında ve 20. Yüzyılın başlarında, soğutmaya ihtiyaç duymayan temel gıdalar (şeker, pirinç ve fasulye) dışında, mevcut yiyecekler mevsimlerden ve yerel olarak yetiştirilebilecek şeylerden büyük ölçüde etkilendi. Soğutma bu sınırlamaları ortadan kaldırdı. Soğutma, modern süpermarketin fizibilitesinde ve ardından popülerliğinde büyük rol oynadı. Mevsim dışı veya uzak yerlerde yetiştirilen meyve ve sebzeler artık nispeten düşük fiyatlarla satılmaktadır. Buzdolapları, genel süpermarket satışlarının bir parçası olarak et ve süt ürünlerinde büyük bir artışa yol açtı. Piyasadan satın alınan malları değiştirmenin yanı sıra, bu yiyecekleri uzun süre saklayabilme yeteneği boş zamanların artmasına neden olmuştur. Ev tipi buzdolabının ortaya çıkmasından önce, insanlar yemek için ihtiyaç duydukları malzemeler için günlük olarak alışveriş yapmak zorunda kalacaklardı.

Beslenme üzerindeki etkisi

Soğutmanın getirilmesi, çabuk bozulan maddelerin hijyenik olarak işlenmesine ve depolanmasına izin verdi ve bu nedenle, çıktı artışını, tüketimi ve beslenmenin mevcudiyetini teşvik etti. Gıda koruma yöntemimizdeki değişiklik, bizi tuzlardan daha yönetilebilir bir sodyum seviyesine taşıdı. Et ve süt ürünleri gibi çabuk bozulan maddeleri taşıma ve saklama yeteneği, 1890'lardan sonra ABD'de süt tüketiminde ve toplam protein alımında% 1,7'lik bir artışa yol açtı.

İnsanlar bu çabuk bozulan maddeleri tüketmenin sadece kendileri için daha kolay hale geldiği için değil, aynı zamanda soğutmalı nakliye ve depolamadaki yeniliklerin daha az bozulmaya ve israfa yol açarak bu ürünlerin fiyatlarını düşürdüğü için tüketiyorlardı. Soğutma, iyileştirilmiş beslenme yoluyla (ABD'de) yetişkin boyundaki artışın en az% 5,1'ini oluşturur ve besinlerin kalitesindeki iyileşmeler ve hastalıktaki azalma ile bağlantılı dolaylı etkiler ek olarak hesaba katıldığında, genel etki önemli ölçüde olur. daha büyük. Son zamanlarda yapılan araştırmalar, bir evdeki buzdolabının sayısı ile mide kanseri ölüm oranı arasında negatif bir ilişki olduğunu da göstermiştir.

Güncel soğutma uygulamaları

Muhtemelen en yaygın olarak kullanılan mevcut soğutma uygulamaları, özel evlerin ve kamu binalarının iklimlendirilmesi ve evlerde, restoranlarda ve büyük depolama depolarında gıda maddelerinin soğutulması içindir. Kullanımı buzdolapları depolanması ve modern diyet yıl boyunca taze salatalar ekleyerek izin verdi Meyve ve sebze işlenme ve uzun süre güvenle balık ve et saklamak için mutfaklar, fabrikalar ve depolarda ve gömme soğutucu ve dondurucu. Bozulabilir gıda depolaması için optimum sıcaklık aralığı 3 ila 5 ° C'dir (37 ila 41 ° F).

Ticarette ve imalatta, soğutmanın birçok kullanımı vardır. Soğutma, gazları sıvılaştırmak için kullanılır - örneğin oksijen , nitrojen , propan ve metan . Basınçlı hava arıtmada, nem içeriğini azaltmak için basınçlı havadan su buharını yoğunlaştırmak için kullanılır . Olarak petrol rafinerileri , kimyasal tesisler ve petrokimya bitkiler, soğutma bunların gerekli düşük sıcaklıklarda belirli işlemleri korumak için kullanılır (örneğin, alkilasyon arasında butenler ve bütan bir yüksek üretmek için oktan benzin bileşeni). Metal işçileri, çelik ve çatal bıçak takımlarını temperlemek için soğutma kullanır. Sıcaklığa duyarlı gıda maddelerini ve diğer malzemeleri kamyonlar, trenler, uçaklar ve denizde seyreden gemilerle taşırken, soğutma bir gerekliliktir.

Süt ürünleri sürekli olarak soğutulmaya ihtiyaç duymaktadır ve ancak son birkaç on yılda yumurtaların markete ulaştıktan sonra soğutulmayı beklemek yerine, sevkiyat sırasında soğutulması gerektiği keşfedilmiştir. Etler, kümes hayvanları ve balıkların tümü satılmadan önce iklim kontrollü ortamlarda tutulmalıdır. Soğutma ayrıca meyve ve sebzeleri daha uzun süre yenilebilir halde tutmaya yardımcı olur.

Japonya'da soğutmanın en etkili kullanımlarından biri suşi / sashimi endüstrisinin gelişmesiydi . Soğutmanın keşfedilmesinden önce, birçok suşi uzmanı hastalık kapma riski altındaydı. Japonya'nın kırsal kesimlerinde araştırma ve sağlık hizmeti dağıtımının olmaması nedeniyle soğutulmamış sashimi'nin tehlikeleri onlarca yıldır gün ışığına çıkarılmadı. Yüzyılın ortalarında, Kyoto merkezli Zojirushi şirketi, buzdolabı tasarımlarında çığır açarak buzdolaplarını restoran sahipleri ve genel halk için daha ucuz ve daha erişilebilir hale getirdi.

Soğutma yöntemleri

Soğutma yöntemleri döngüsel olmayan , döngüsel , termoelektrik ve manyetik olarak sınıflandırılabilir .

Döngüsel olmayan soğutma

Bu soğutma yöntemi, buz eriterek veya kuru buzu süblimleştirerek kapalı bir alanı soğutur . Belki de bunun en basit örneği, içine eşyaların konulduğu ve ardından üzerine buzun döküldüğü taşınabilir bir soğutucu. Normal buz, buzu daha fazla soğutmak için tuz kullanılmadığı sürece ( geleneksel bir dondurma makinesinde olduğu gibi ) donma noktasına yakın ancak altında olmayan sıcaklıkları koruyabilir . Kuru buz, sıcaklığı güvenilir bir şekilde su donma noktasının çok altına getirebilir.

Döngüsel soğutma

Bu, ısının düşük sıcaklıktaki bir alan veya kaynaktan uzaklaştırıldığı ve harici çalışma ve bunun tersi olan termodinamik güç döngüsünün yardımıyla yüksek sıcaklıklı bir lavaboya geri çevrildiği bir soğutma döngüsünden oluşur . Güç döngüsünde, ısı, yüksek sıcaklık kaynağından motora sağlanır, ısının bir kısmı iş üretmek için kullanılır ve geri kalanı düşük sıcaklıklı bir lavaboya reddedilir. Bu , termodinamiğin ikinci yasasını karşılar .

Bir soğutma çevrimi , bir buzdolabında dolaşırken ısıyı dönüşümlü olarak emip reddederken soğutucu akışkan içinde meydana gelen değişiklikleri tanımlar . Aynı zamanda , ister paketli ister bölünmüş bir sistem olsun, bir HVACR ünitesinden soğutucu akışkan akışının "sürecini" açıklarken, ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme HVACR çalışmalarına da uygulanır .

Isı doğal olarak sıcaktan soğuğa akar. Daha düşük sıcaklıktaki bir ısı kaynağından daha yüksek sıcaklıklı bir soğutucuya ısı pompalayarak bir yaşam alanını veya depolama hacmini soğutmak için çalışma uygulanır. İzolasyon , soğutulmuş alanda daha düşük bir sıcaklığa ulaşmak ve bunu sürdürmek için gereken işi ve enerjiyi azaltmak için kullanılır . Soğutma döngüsünün çalışma prensibi matematiksel olarak Sadi Carnot tarafından 1824'te bir ısı motoru olarak tanımlandı .

En yaygın soğutma sistemleri türleri, ters Rankine buhar sıkıştırmalı soğutma döngüsünü kullanır, ancak çok az uygulamada absorpsiyonlu ısı pompaları kullanılır.

Döngüsel soğutma şu şekilde sınıflandırılabilir:

  1. Buhar döngüsü ve
  2. Gaz döngüsü

Buhar döngüsü soğutma ayrıca şu şekilde sınıflandırılabilir:

  1. Buhar sıkıştırmalı soğutma
  2. Sorpsiyonlu Soğutma
    1. Buhar soğurmalı soğutma
    2. Adsorpsiyonlu soğutma

Buhar sıkıştırma döngüsü

Şekil 1: Buhar sıkıştırmalı soğutma
Şekil 2: Sıcaklık-Entropi diyagramı

Buhar sıkıştırma çevrimi, çoğu ev tipi buzdolabının yanı sıra birçok büyük ticari ve endüstriyel soğutma sisteminde kullanılmaktadır. Şekil 1, tipik bir buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin bileşenlerinin şematik bir diyagramını sağlar.

Termodinamik Bu çevrimde, Şekil 2'de gösterildiği gibi, döngünün bir diyagram üzerinde analiz edilebilir, örneğin, bir dolaşım soğutucu Freon girer kompresör buhar olarak. Nokta 1'den nokta 2'ye, buhar sabit entropide sıkıştırılır ve daha yüksek bir sıcaklıkta, ancak yine de bu sıcaklıktaki buhar basıncının altında bir buhar olarak kompresörden çıkar . Alanına 2'den 3 işaret etmek ve 4 noktası için, buhar üzerinden geçecek kondansatör yoğunlaştırıcı başlar, ve daha sonra sabit basınç ve sıcaklıkta ek ısı çıkarılması ile bir sıvı halinde buhar yoğunlaşır kadar buhar soğutur. 4. ve 5. noktalar arasında, sıvı soğutucu , basıncının aniden azaldığı ve tipik olarak sıvının yarısından daha azında ani buharlaşmaya ve otomatik soğutmaya neden olan genleşme valfinden (kısma valfi olarak da adlandırılır) geçer .

Bu, 5. noktada gösterildiği gibi daha düşük bir sıcaklık ve basınçta sıvı ve buhar karışımı ile sonuçlanır. Soğuk sıvı-buhar karışımı daha sonra buharlaştırıcı bobini veya borularından geçer ve ılık havanın soğutulmasıyla (soğutulan boşluktan) tamamen buharlaştırılır. ) evaporatör bobini veya tüpleri boyunca bir fan tarafından üflenerek. Ortaya çıkan soğutucu akışkan buharı termodinamik döngüyü tamamlamak için 1. noktada kompresör girişine geri döner.

Yukarıdaki tartışma, ideal buhar sıkıştırmalı soğutma döngüsüne dayanmaktadır ve sistemdeki sürtünme basıncı düşüşü , soğutucu akışkan buharının sıkıştırılması sırasında hafif termodinamik tersinmezlik veya ideal olmayan gaz davranışı gibi gerçek dünyadaki etkileri hesaba katmaz. varsa. Buhar sıkıştırmalı buzdolapları, kademeli soğutma sistemlerinde iki kademeli olarak düzenlenebilir , ikinci kademe ise birinci kademenin kondansatörünü soğutur. Bu, çok düşük sıcaklıklara ulaşmak için kullanılabilir.

Buhar sıkıştırmalı soğutma sistemlerinin tasarımı ve performansı hakkında daha fazla bilgi, klasik Perry'nin Kimya Mühendisleri El Kitabında mevcuttur .

Sorpsiyon döngüsü

Emilim döngüsü

Yirminci yüzyılın ilk yıllarında, su-amonyak sistemleri veya LiBr -su kullanan buhar emme döngüsü popülerdi ve yaygın olarak kullanıldı. Buhar sıkıştırma döngüsünün geliştirilmesinden sonra, buhar emme döngüsü, düşük performans katsayısı nedeniyle ( buhar sıkıştırma döngüsünün yaklaşık beşte biri) öneminin çoğunu kaybetti . Günümüzde, buhar soğurma döngüsü esas olarak, LP gazı taşıyan eğlence araçlarında olduğu gibi, ısıtma için yakıtın mevcut olduğu ancak elektriğin bulunmadığı yerlerde kullanılmaktadır . Ayrıca, bol miktarda atık ısının verimsizliğinin üstesinden geldiği endüstriyel ortamlarda da kullanılır.

Soğutucu akışkan buharının basıncını yükseltme yöntemi haricinde soğurma çevrimi sıkıştırma çevrimine benzer. Absorpsiyon sisteminde, kompresörün yerini, soğutucuyu uygun bir sıvıda çözen bir absorbe edici, basıncı yükselten bir sıvı pompası ve ısı ilavesi üzerine soğutucu buharını yüksek basınçlı sıvıdan uzaklaştıran bir jeneratör alır. Sıvı pompasının biraz çalışması gerekir, ancak belirli bir soğutucu akışkan miktarı için, buhar sıkıştırma çevriminde kompresörün ihtiyaç duyduğundan çok daha küçüktür. Soğurmalı bir buzdolabında, uygun bir soğutucu ve emici kombinasyonu kullanılır. En yaygın kombinasyonlar, suyla (emici) amonyak (soğutucu akışkan) ve lityum bromürle (emici) sudur (soğutucu).

Adsorpsiyon döngüsü

Absorpsiyon döngüsü ile temel fark, adsorpsiyon döngüsünde, soğutucu akışkanın (adsorbat) amonyak, su, metanol vb. Olabilmesidir; adsorban ise silikon jel , aktif karbon veya zeolit gibi bir katıdır . emicinin sıvı olduğu emilim döngüsü.

Adsorpsiyonlu soğutma teknolojisinin son 30 yılda kapsamlı bir şekilde araştırılmasının nedeni, adsorpsiyonlu soğutma sisteminin çalışmasının genellikle gürültüsüz, aşındırıcı olmaması ve çevre dostu olmasıdır.

Gaz döngüsü

Ne zaman çalışma sıvısı sıkıştırılmış ve genişletilmiş ancak değişim aşamasını yapar bir gazdır, soğutma çevrimi bir denir gaz çevrimi . Hava çoğunlukla bu çalışma sıvısıdır. Bir gaz çevriminde amaçlanan yoğuşma ve buharlaşma olmadığından, bir buhar sıkıştırma çevriminde kondansatör ve buharlaştırıcıya karşılık gelen bileşenler, gaz çevrimlerinde sıcak ve soğuk gazdan gaza ısı eşanjörleridir .

Gaz çevrimi, buhar sıkıştırma çevriminden daha az verimlidir çünkü gaz çevrimi , ters Rankine çevrimi yerine ters Brayton çevriminde çalışır . Bu nedenle, çalışma sıvısı sabit sıcaklıkta ısıyı almaz ve reddetmez. Gaz çevriminde soğutma etkisi, gazın özgül ısısının ürününe ve düşük sıcaklık tarafındaki gazın sıcaklığındaki artışa eşittir. Bu nedenle, aynı soğutma yükü için, bir gaz soğutma çevrimi büyük bir kütle akış hızına ihtiyaç duyar ve hantaldır.

Düşük verimlilikleri ve daha büyük hacimleri nedeniyle, hava çevrimli soğutucular günümüzde karasal soğutma cihazlarında sıklıkla kullanılmamaktadır. Bununla birlikte, hava döngüsü makinesi , soğutma ve havalandırma üniteleri olarak gaz türbini ile çalışan jet uçaklarda çok yaygındır , çünkü basınçlı hava, motorların kompresör bölümlerinden kolaylıkla temin edilebilir. Bu tür birimler ayrıca uçağa basınç uygulama amacına da hizmet eder.

Termoelektrik soğutma

Termoelektrik soğutma , iki tür malzemenin birleşimi arasında bir ısı akışı oluşturmak için Peltier etkisini kullanır . Bu etki, genellikle kamp ve taşınabilir soğutucularda ve elektronik bileşenleri ve küçük aletleri soğutmak için kullanılır. Peltier soğutucular genellikle geleneksel bir buhar sıkıştırma çevrimli buzdolabının pratik olmadığı veya çok fazla yer kapladığı durumlarda ve soğutulmuş görüntü sensörlerinde 2 veya daha fazla kullanarak çok düşük sıcaklıklara ulaşmanın kolay, kompakt ve hafif, verimsiz bir yolu olarak kullanılır. kademeli bir soğutma konfigürasyonunda düzenlenmiş aşamalı peltier soğutucular , yani 2 veya daha fazla peltier elemanın, önceki aşamaların ürettiği daha fazla ısı ve atık ısıyı çıkarmak için her aşama bir öncekinden daha büyük olacak şekilde üst üste istiflendiği anlamına gelir. . Peltier soğutma, buhar sıkıştırma döngüsüne kıyasla düşük bir COP'ye (verimlilik) sahiptir, bu nedenle daha fazla atık ısı yayar (peltier eleman veya soğutma mekanizması tarafından üretilen ısı) ve belirli bir soğutma kapasitesi için daha fazla güç tüketir.

Manyetik soğutma

Manyetik soğutma veya adyabatik demanyetizasyon , manyetik katıların kendine özgü bir özelliği olan manyetokalorik etkiye dayanan bir soğutma teknolojisidir . Soğutucu akışkan genellikle seryum magnezyum nitrat gibi bir paramanyetik tuzdur . Bu durumda aktif manyetik dipoller , paramanyetik atomların elektron kabuklarınınkilerdir .

Soğutucu akışkana güçlü bir manyetik alan uygulanır ve çeşitli manyetik dipollerini hizalamaya zorlar ve soğutucu akışkanın bu serbestlik derecelerini düşürülmüş entropi durumuna getirir . Bir ısı emici daha sonra entropi kaybından dolayı soğutucu tarafından salınan ısıyı emer. Soğutucu ile termal temas daha sonra kesilir, böylece sistem yalıtılır ve manyetik alan kapatılır. Bu, soğutucunun ısı kapasitesini arttırır, böylece sıcaklığını soğutucu akışkanın sıcaklığının altına düşürür.

Çok az malzeme oda sıcaklığında gerekli özellikleri sergilediğinden, uygulamalar şimdiye kadar kriyojenik ve araştırma ile sınırlı kalmıştır .

Diğer yöntemler

Diğer soğutma yöntemleri arasında, uçakta kullanılan hava döngüsü makinesi ; Vorteks tüpü basınçlı hava kullanılabilir nokta soğutma için kullanılan; ve ısı transferini ve ısı değişimini sağlamak için basınçlı bir gazdaki ses dalgalarını kullanan termoakustik soğutma ; 1930'ların başında büyük binaların iklimlendirilmesi için popüler olan buhar püskürtmeli soğutma ; akıllı bir metal alaşım germe ve gevşetme kullanarak termoelastik soğutma. Birçok Stirling çevrimli ısı motoru, bir buzdolabı görevi görmek için geriye doğru çalıştırılabilir ve bu nedenle bu motorlar, kriyojenikte niş bir kullanıma sahiptir . Buna ek olarak, Gifford-McMahon soğutucular, Joule-Thomson soğutucular, darbe borulu buzdolapları ve 2 mK ile 500 mK arasındaki sıcaklıklar için seyreltme buzdolapları gibi başka tipte kriyo soğutucular da vardır .

Elastokalorik soğutma

Diğer bir potansiyel katı hal soğutma tekniği ve nispeten yeni bir çalışma alanı, süper elastik malzemelerin özel bir özelliğinden gelir . Bu malzemeler, uygulanan bir mekanik stres (elastokalorik etki olarak adlandırılır) yaşandığında bir sıcaklık değişikliğine uğrar . Süper elastik malzemeler yüksek de tersine çevrilebilir şekilde deforme yana suşları , malzeme deneyimler düzleştirilmiş elastik olarak bölgeye stres-gerilme eğrisinin bir mesafede ortaya çıkan bir faz dönüşümü neden ostenitik a martensitik kristal fazın.

Süper elastik bir malzeme östenitik fazda bir gerilme yaşadığında , malzemenin ısınmasına neden olan martensitik faza ekzotermik bir faz dönüşümü geçirir . Gerilmenin giderilmesi işlemi tersine çevirir, malzemeyi östenitik fazına geri döndürür ve malzemeyi soğutarak çevredeki ısıyı emer .

Bu araştırmanın en çekici kısmı, bu soğutma teknolojisinin potansiyel olarak ne kadar enerji verimli ve çevre dostu olduğudur. Kullanılan farklı malzemeler, genellikle şekil hafızalı alaşımlar , toksik olmayan emisyonsuz bir soğutma kaynağı sağlar. İncelenen en yaygın malzemeler nitinol ve Cu-Zn-Al gibi şekil hafızalı alaşımlardır . Nitinol 66 J / cm'lik çıkış ısı ile daha umut verici alaşım olduğunu 3 ve şekil hafızalı alaşımlar, bazı imalat güçlüğü 16-20 yaklaşık K. Due bir sıcaklık değişimi gibi alternatif malzemeler doğal kauçuk incelenmiştir. Kauçuk hacmi başına daha ısı olarak yayarlar olmayabilir de (12 J / cm 3 ), şekil bellekli alaşımlar gibi, hala yaklaşık 12 K kıyaslanabilir bir sıcaklık değişimi üretir ve uygun bir sıcaklık aralığında, düşük gerilme ve düşük maliyetle çalışır .

Ancak asıl zorluk , genellikle bu işlemle ilişkilendirilen histerezis şeklindeki potansiyel enerji kayıplarından kaynaklanmaktadır . Bu kayıpların çoğu iki faz arasındaki uyumsuzluklardan kaynaklandığından, kayıpları azaltmak ve tersine çevrilebilirliği ve verimliliği artırmak için uygun alaşım ayarı gereklidir . Malzemenin dönüşüm gerilimini enerji kayıplarıyla dengelemek, büyük bir elastokalorik etkinin oluşmasını ve potansiyel olarak soğutma için yeni bir alternatifi mümkün kılar.

Buzdolabı Kapısı

Buzdolabı Kapısı yöntemi, termodinamik yasalarını ihlal etmeden mümkün olan en enerji verimli şekilde bir buzdolabını çalıştırmak için tek bir mantık geçidi kullanmanın teorik bir uygulamasıdır. Bir parçacığın var olabileceği iki enerji durumu olduğu gerçeğiyle çalışır: temel durum ve uyarılmış durum. Uyarılmış durum, temel durumdan biraz daha fazla enerji taşır, yeterince küçüktür, böylece geçiş yüksek olasılıkla gerçekleşir. Buzdolabı kapısı ile ilişkili üç bileşen veya parçacık türü vardır. Birincisi, buzdolabının içinde, ikincisi dışarıda ve üçüncüsü, E durumuna ulaşıp kaynağı doldurabilecek kadar sık ​​ısınan bir güç kaynağına bağlı. Buzdolabının iç kısmındaki soğutma adımında, g durumu parçacığı ortam parçacıklarından enerjiyi emer, onları soğutur ve kendisi e durumuna atlar. İkinci aşamada, partiküllerin de e durumunda olduğu buzdolabının dışında, partikül g durumuna düşerek enerji açığa çıkarır ve dış partikülleri ısıtır. Üçüncü ve son aşamada, güç kaynağı e durumunda bir parçacığı hareket ettirir ve g durumuna düştüğünde, iç e parçacığının yeni bir g parçacığı ile değiştirildiği, döngüyü yeniden başlatan bir enerji-nötr değiş tokuşunu başlatır.

Pasif sistemler

MIT araştırmacıları, sıcak ve güneşli bir günde, ucuz malzemeler kullanarak ve fosil yakıt kaynaklı enerji gerektirmeden soğutma sağlamanın yeni bir yolunu geliştirdiler. Yiyecekleri ve ilaçları sıcak, şebeke dışı yerlerde korumak için diğer soğutma sistemlerini desteklemek için kullanılabilen pasif sistem, esasen bir şemsiyenin yüksek teknoloji ürünü bir versiyonudur.

Kapasite derecelendirmeleri

Bir soğutma sisteminde soğutma kapasitesi ürünüdür evaporatörler ' entalpi yükseliş ve evaporatörler kütle akış hızı . Ölçülen soğutma kapasitesi genellikle kW veya BTU / h biriminde boyutlandırılır. Evsel ve ticari buzdolapları kJ / s veya Btu / h soğutma olarak derecelendirilebilir. Ticari ve endüstriyel soğutma sistemleri için kilovat (kW), hem ton soğutma hem de BTU / h kullanılan Kuzey Amerika dışında temel soğutma birimidir .

Bir soğutma sisteminin performans katsayısı (CoP), bir sistemin genel verimliliğini belirlemede çok önemlidir. KW cinsinden soğutma kapasitesinin kW cinsinden enerji girişine bölümü olarak tanımlanır. CoP çok basit bir performans ölçütü olsa da, tipik olarak Kuzey Amerika'da endüstriyel soğutma için kullanılmaz. Bu sistemlerin sahipleri ve üreticileri genellikle performans faktörünü (PF) kullanır. Bir sistemin PF'si, bir sistemin beygir gücü cinsinden enerji girdisinin TR'deki soğutma kapasitesine bölümü olarak tanımlanır. Hem CoP hem de PF, tüm sisteme veya sistem bileşenlerine uygulanabilir. Örneğin, tek bir kompresör, kompresörü çalıştırmak için gereken enerji ile giriş hacim akış hızına dayalı beklenen soğutma kapasitesi karşılaştırılarak derecelendirilebilir. Bir soğutma sistemi için hem CoP hem de PF'nin yalnızca sıcaklıklar ve termal yükler dahil olmak üzere belirli çalışma koşullarında tanımlandığına dikkat etmek önemlidir. Belirtilen çalışma koşullarından uzaklaşmak, bir sistemin performansını önemli ölçüde değiştirebilir.

Konut uygulamalarında kullanılan klima sistemleri , enerji performansı derecelendirmesi için tipik olarak SEER (Mevsimsel Enerji Verimliliği Oranı) kullanır. Ticari uygulama için klima sistemleri , enerji verimliliği performans değerlendirmesi için genellikle EER ( Enerji Verimliliği Oranı ) ve IEER (Entegre Enerji Verimliliği Oranı) kullanır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

  • Soğutma hacmi , ASHRAE El Kitabı , ASHRAE, Inc., Atlanta, GA
  • Stoecker ve Jones, Soğutma ve Klima , Tata-McGraw Hill Publishers
  • Mathur, ML, Mehta, FS, Isı Mühendisliği Cilt II
  • MSN Encarta Ansiklopedisi
  • Andrew D. Althouse; Carl H. Turnquist; Alfred F. Bracciano (2003). Modern Soğutma ve Klima (18. baskı). Goodheart-Wilcox Yayınları. ISBN   978-1-59070-280-2 .
  • Anderson, Oscar Edward (1972). Amerika'da Soğutma: Yeni bir teknolojinin tarihi ve etkisi . Kennikat Press. s. 344. ISBN   978-0-8046-1621-8 .
  • Shachtman, Tom (2000). Mutlak Sıfır: Ve Soğuğun Fethi . Mariner Kitapları. s. 272. ISBN   978-0-618-08239-1 .
  • Woolrich, Willis Raymond (1967). Soğuğu yaratan adamlar: Bir soğutma tarihi (1. baskı). Sergi Basın. s. 212.

Dış bağlantılar