soğutma - Refrigeration

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 biçimindeki enerji, düşük sıcaklıktaki bir rezervuardan çıkarılır ve yüksek sıcaklıktaki bir rezervuara aktarılır. Enerji aktarımı işi geleneksel olarak mekanik yollarla yürütülür , ancak aynı zamanda ısı, manyetizma , elektrik , lazer veya başka yollarla da yürütülebilir . Soğutma, ev tipi buzdolapları , endüstriyel dondurucular , kriyojenikler ve klima dahil olmak üzere birçok uygulamaya sahiptir . Isı pompaları , soğutma işleminin ısı çıkışını kullanabilir ve ayrıca tersine çevrilebilir olacak şekilde tasarlanabilir, ancak aksi halde klima ünitelerine benzer.

Soğutmanın endüstri, yaşam tarzı, tarım ve yerleşim kalıpları üzerinde büyük etkisi oldu. Yiyecekleri koruma fikri, en azından eski Roma ve Çin imparatorluklarına kadar uzanır. Ancak, mekanik soğutma teknolojisi hızla gelen, geçen yüzyılda gelişti buz hasat için ısı kontrollü vagonların . Soğutulmuş vagonların getirilmesi, Amerika Birleşik Devletleri'nin batıya doğru genişlemesine katkıda bulundu ve nehirler, limanlar veya vadi yolları gibi ana ulaşım kanalları üzerinde olmayan alanlarda yerleşime izin verdi. Ülkenin yeni keşfedilen doğal kaynaklarla dolu verimsiz bölgelerinde de yerleşimler gelişiyordu.

Bu yeni yerleşim kalıpları, Houston , Texas ve Las Vegas , Nevada gibi aksi takdirde yaşanılmaz olduğu düşünülen bölgelerde gelişebilen büyük şehirlerin inşasına yol açtı . Çoğu gelişmiş ülkede, şehirler günlük tüketim için yiyeceklerini elde etmek için süpermarketlerdeki soğutmaya büyük ölçüde bağımlıdır . Gıda kaynaklarındaki artış, daha küçük bir çiftlik yüzdesinden gelen daha büyük bir tarımsal satış konsantrasyonuna yol açmıştır. Bugün çiftlikler, 1800'lerin sonlarına kıyasla kişi başına çok daha büyük bir çıktıya sahip. Bu, toplumun beslenmesi üzerinde büyük bir etkisi olan, tüm popülasyonlara sunulan yeni gıda kaynaklarıyla sonuçlandı.

Tarih

Soğutmanın en eski biçimleri

Mevsimlik kar ve buz 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 anlatır. Bununla birlikte, bu buz mahzenlerinin yapımı veya buzun amacı hakkında çok az şey bilinmektedir. Buz hasadını kaydeden bir sonraki eski toplum, Süleymanın Meselleri kitabındaki Yahudiler olabilir: “Hasat vaktindeki karın soğuğu nasılsa, kendisini gönderen sadık elçi de öyledir.” Tarihçiler bunu, Yahudilerin yiyecekleri saklamak yerine içecekleri soğutmak için buzu kullandıkları şeklinde yorumladılar. Yunanlılar ve Romalılar gibi diğer antik kültürler, soğuk hava deposu olarak çimen, saman veya ağaç dalları ile yalıtılmış büyük kar çukurları kazdılar. Yahudiler gibi, Yunanlılar ve Romalılar da buzu ve karı yiyecekleri korumak için değil, öncelikle içecekleri soğutmak için kullandılar. Mısırlılar içecekleri soğutmak için de yöntemler geliştirdiler, ancak suyu soğutmak için buz kullanmak yerine, Mısırlılar kaynar suyu sığ toprak kavanozlara koyup geceleri evlerinin çatılarına koyarak suyu soğuttular. Rüzgar kavanozların dışını nemlendirecek ve ortaya çıkan buharlaşma suyu soğutacaktı. Hindistan'ın eski insanları bu aynı konsepti buz üretmek için kullandılar. Persler, Yakhchal adı verilen bir çukurda buzu depoladılar ve yiyecekleri korumak için soğuk hava depolarını kullanan ilk insan grubu olabilir. Avustralya taşrasında, havanın sıcak ve kuru olabileceği güvenilir bir elektrik kaynağı bulunmadan önce, birçok çiftçi Coolgardie kasası kullandı . Bu , suya batırılmış tavandan sarkan kendir (çuval bezi) perdeleri olan bir odadan oluşuyordu . Su buharlaşacak ve böylece çuval perdeleri soğutacak ve böylece odada dolaşan hava olacaktır. Bu, normalde ısıda bozulacak olan meyve, tereyağı ve tütsülenmiş etler gibi pek çok çabuk bozulan maddenin muhafaza edilmesini sağlar.

Buz hasadı

Massachusetts'te buz hasadı , 1852, arka planda demiryolu hattını gösteriyor , buzu taşımak için kullanılıyordu.

1830'dan önce, az sayıda Amerikalı, buz depoları ve buz kutuları eksikliğinden dolayı yiyecekleri soğutmak için buz kullandı. Bu iki şey daha yaygın hale geldikçe, bireyler depoları için buz toplamak için baltalar ve testereler kullandılar . Bu yöntemin zor, tehlikeli olduğu kanıtlandı ve kesinlikle ticari ölçekte çoğaltılabilecek hiçbir şeye benzemiyordu.

Buz toplamanın zorluklarına rağmen, Frederic Tudor, New England'da buz toplayarak ve onu Karayip adalarına ve güney eyaletlerine göndererek bu yeni metadan yararlanabileceğini düşündü. Başlangıçta, Tudor binlerce dolar kaybetti, ancak sonunda Charleston, Virginia'da ve Küba liman kenti Havana'da buz evleri inşa ederek kâr etti. Bu buz evleri ve daha iyi yalıtılmış gemiler, buz israfını %66'dan %8'e düşürmeye yardımcı oldu. Bu verimlilik artışı, Tudor'un buz pazarını New Orleans ve Savannah gibi buz evleri olan diğer kasabalara genişletmesini sağladı. Bu buz pazarı, Tudor'un tedarikçilerinden biri olan Nathaniel Wyeth'in 1825'te atlı bir buz kesici icat etmesinin ardından buz hasadı daha hızlı ve ucuz hale geldikçe daha da genişledi. Bu buluş ve Tudor'un başarısı, diğerlerini buz ticaretine ve buza dahil olmaya teşvik etti. sanayi büyüdü.

Buz, 1830'ların başında, buzun fiyatının pound başına altı sentten pound başına yarım sente düşmesiyle kitlesel bir pazar ürünü haline geldi. New York City'de buz tüketimi 1843'te 12.000 tondan 1856'da 100.000 tona yükseldi. Aynı dönemde Boston'un tüketimi 6.000 tondan 85.000 tona sıçradı. İnsanların çoğu süt ürünlerini, balıklarını, etlerini ve hatta meyve ve sebzelerini saklamak için buz ve buz kutuları kullandığından, buz hasadı bir “soğutma kültürü” yarattı. Bu erken soğuk depolama uygulamaları, birçok Amerikalının yakında ülkeyi ele geçirecek olan soğutma teknolojisini kabul etmesinin yolunu açtı.

soğutma araştırması

William Cullen , yapay soğutma deneyleri yapan ilk kişi.

Yapay soğutmanın tarihi, İskoç profesör William Cullen'in 1755'te küçük bir soğutma makinesi tasarlamasıyla başladı. Cullen, bir pompa kullanarak bir dietil eter kabı üzerinde kısmi bir vakum oluşturdu ve daha sonra kaynatılarak çevredeki havadan ısı emildi . Deney az miktarda buz bile oluşturdu, ancak o zaman pratik bir uygulaması yoktu.

1758'de Benjamin Franklin ve kimya profesörü John Hadley , İngiltere'deki Cambridge Üniversitesi'nde bir nesneyi hızla soğutmak için buharlaşma ilkesini araştıran bir proje üzerinde işbirliği yaptılar . Alkol ve eter gibi oldukça 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 körükle gerçekleştirdiler; ortam sıcaklığı 18 °C (65 °F) iken termometre ampulünün sıcaklığını -14 °C'ye (7 °F) düşürdüler. Suyun 0 °C (32 °F) donma noktasını geçtikten kısa bir süre sonra, termometrenin ampulünün yüzeyinde ince bir buz tabakası oluştuğunu ve buz kütlesinin yaklaşık 6,4 milimetre ( 14  inç) olduğunu kaydettiler. -14 °C'ye (7 °F) ulaştıktan sonra deneyi durdurduklarında kalın. Franklin, "Bu deneyden, sıcak bir yaz gününde bir adamın donarak ölme olasılığını görebiliriz" diye yazdı. 1805'te Amerikalı mucit Oliver Evans , vakum altında eter ile buz üretimi için kapalı bir buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi tanımladı .

1820'de İngiliz bilim adamı Michael Faraday , yüksek basınç ve düşük sıcaklık kullanarak amonyak ve diğer gazları sıvılaştırdı ve 1834'te Büyük Britanya'ya göç eden Amerikalı Jacob Perkins , dünyadaki ilk çalışan buhar sıkıştırmalı soğutma sistemini kurdu. Patentinde açıkladığı gibi, sürekli olarak çalışabilen kapalı bir çevrimdi:

Uçucu akışkanları, akışkanların soğutulması veya dondurulması ve aynı zamanda bu tür uçucu akışkanların sürekli olarak yoğunlaştırılması ve israf edilmeden tekrar işletmeye alınması amacıyla kullanmam sağlandı.

Prototip sistemi ticari olarak başarılı olamasa da 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 tropik sıcaklığa çok fazla maruz kalmanın zihinsel ve fiziksel dejenerasyona ve ayrıca sıtma gibi hastalıkların yayılmasına yol açtığını düşündü. Hastalığı önlemek için evlerde ve hastanelerde rahatlık için havayı soğutmak için soğutma sistemini kullanma fikrini tasarladı. Amerikalı mühendis Alexander Twining , 1850'de eter kullanan bir buhar sıkıştırma sistemi için bir İngiliz patenti 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 çalışır durumdaydı. Daha sonra , Birleşik Krallık'a soğutulmamış sığır eti satışlarının Amerikan avantajına karşı nasıl rekabet edileceğine dair tartışmaya girdi . 1873'te , bir soğutma sistemi yerine bir soğuk oda sistemi kullanan Birleşik Krallık'a deneysel bir sığır eti sevkiyatı için yelkenli gemi Norfolk'u hazırladı . Buz beklenenden daha hızlı tüketildiği için girişim başarısız oldu.

Ferdinand Carré'nin buz yapma cihazı

İlk gaz absorpsiyon su içinde çözülmüş gaz halindeki amonyak kullanılarak soğutma sistemi tarafından geliştirilen ( "su amonyak" diye anılacaktır) Ferdinand Carre 1860 1859 yılında Fransa'da ve patentli Carl von Linde , uzmanlaşmış bir mühendis buharlı lokomotif ve mühendislik profesörü 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, amonyak , kükürt dioksit (SO 2 ) ve metil klorür (CH 3 Cl) gibi gazların soğutucu olarak kullanılmasını mümkün kıldı ve 1920'lerin sonlarına kadar bu amaç için yaygın olarak kullanıldılar. .

Amerikalı bir baloncu olan Thaddeus Lowe , buz yapma makineleri üzerinde birkaç patente sahipti. "Sıkıştırmalı Buz Makinesi", soğuk hava deposu 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, Teksas'tan New York'a taze et göndermeye başladıkları eski bir buharlı gemi satın aldı, ancak Lowe'un eksikliği nedeniyle. nakliye hakkında bilgi, iş maliyetli bir başarısızlık oldu.

Ticari kullanım

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

1842'de John Gorrie , suyu buz üretmek için soğutabilen bir sistem yarattı. Ticari bir başarısızlık olmasına rağmen, dünyadaki bilim adamlarına ve mucitlere ilham verdi. Fransa'dan Ferdinand Carre ilham verenlerden biriydi ve Gorrie'ninkinden 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 alamıyorlardı. Carre'ın soğutma sistemi New Orleans buz sorunlarının çözümü haline geldi ve 1865'te şehirde Carre'ın 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 etmek için bir buz yapma makinesi yaptı. 1873'te, bu makinenin patenti Columbus Iron tarafından sözleşmeli olarak alındı. ABD'deki ilk ticari buz yapıcıları üretmeye devam eden WC Bradley Co. tarafından satın alınan bir şirket olan Works.

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 sızmaya başladı ve bu da onu metropol banliyölerinde bir sorun haline getirdi. Sonunda, bira fabrikaları kusurlu buzdan şikayet etmeye başladı. Buzun oluştuğu suyun saflığına yönelik kamuoyu endişesi, 1900'lerin başında mikrop teorisinin yükselişiyle 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 buza olan talepleri artırdı. Carre's ve Muhl's'inki gibi buz üreten makineler, bakkalların, çiftçilerin ve gıda nakliyecilerinin ihtiyaçlarını karşılamak için buz üretme araçları olarak görülüyordu.

Soğutuculu vagonlar, 1840'larda süt ürünlerinin kısa süreli nakliyesi için ABD'de tanıtıldı, ancak bunlar soğuk bir sıcaklığı korumak için hasat edilmiş buz kullandı.

Dunedin , ticari olarak başarılı ilk frigorifik gemi.

Yeni soğutma teknolojisi ilk deniz taşıtları ile et malzemeleri dondurmak için bir araç olarak yaygın endüstriyel kullanım buluştu soğutuculu gemilerin İngiliz dan Dominyonlarda ve diğer ülkelerde Britanya adaları . Bu atılımı ilk gerçekleştiren Yeni Zelanda'ya göç etmiş bir girişimciydi . William Soltau Davidson , İngiltere'nin artan nüfusu ve et talebinin, Yeni Zelanda'yı ağır bir şekilde etkileyen dünya yün pazarlarındaki düşüşü azaltabileceğini düşündü . Kapsamlı araştırma sonra devreye Dunedin 15 Şubat 1882 tarihinde 1881 yılında et sevkiyata bir sıkıştırmalı soğutma ünitesi ile yerleştirilebilecek şekilde, Dunedin ilk ticari olarak başarılı soğuk nakliye seferi olmak üzere olanla Londra için kalkmıştı ve vakıf arasında soğutulmuş et endüstrisi .

Times , "Bugün, birkaç gün önce inanılmaz, hatta hayal bile edilemezdi, fiziksel zorluklar üzerinde böyle bir zafer kaydetmeliyiz..." yorumunu yaptı. Marlborough -sister gemi için Dunedin - derhal dönüştürülen ve rakibi ile birlikte ertesi yıl ticaretini katıldı Yeni Zelanda Nakliye Şirketi gemi Mataurua Alman Steamer ederken, Marsala beş yıl içinde Aralık 1882 yılında dondurulmuş Yeni Zelanda kuzu taşıyan başladı Yeni Zelanda'dan Birleşik Krallık'a 172 donmuş et sevkiyatı gönderildi, bunlardan sadece 9'unda önemli miktarda et kınandı. Soğutulmuş nakliye ayrıca Avustralasya ve Güney Amerika'dadaha 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 dayanıyordu ve bu teknolojiler kullanılabilir hale geldikçe üretilmiş buza güvenmeye devam etti. 1900'e gelindiğinde, Chicago'nun et paketleme evleri, amonyak çevrimli ticari soğutmayı benimsemişti. 1914'e gelindiğinde hemen hemen her yerde yapay soğutma kullanılıyordu. 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. Soğutuculu araçlar, donmuş gıdalar, meyve ve sebzeler ve sıcaklığa duyarlı kimyasallar gibi kolay bozulan ürünlerin taşınmasında kullanılır. Modern buzdolaplarının çoğu, sıcaklığı –40 ile –20 °C arasında tutar ve maksimum taşıma kapasitesi yaklaşık 24.000 kg brüt ağırlığa sahiptir (Avrupa'da).

Ticari soğutma hızla ilerlemesine rağmen, eve taşınmasını engelleyen sınırlamaları vardı. İlk olarak, çoğu buzdolabı çok büyüktü. 1910'da kullanılan bazı ticari birimlerin ağırlığı beş ila iki yüz ton arasındaydı. İkincisi, ticari buzdolaplarının üretilmesi, satın alınması ve bakımı pahalıydı. Son olarak, bu buzdolapları güvensizdi. Ticari buzdolaplarının alev alması, patlaması veya zehirli gaz sızdırması nadir görülen 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 tüketicileştirilmesinin erken bir örneği . Soğutucu olarak kükürt dioksit .
Modern bir ev buzdolabı

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

General Electric (GE), bu zorlukların üstesinden gelen ilk şirketlerden biriydi. 1911'de GE, gazla çalışan bir ev tipi soğutma ünitesini piyasaya sürdü. Gaz kullanımı, elektrikli kompresör motoru ihtiyacını ortadan kaldırdı ve buzdolabının boyutunu küçülttü. Ancak, GE'nin müşterisi olan elektrik şirketleri gazla çalışan bir üniteden faydalanmadı. Böylece GE, elektrikli bir 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 dayalı sentetik soğutucuların icadıyla, ev ve tüketici kullanımı için daha güvenli buzdolapları mümkün oldu. Freon, daha küçük, daha hafif ve daha ucuz buzdolaplarının geliştirilmesine yol açtı. Freon sentezi ile bir buzdolabının ortalama fiyatı 275 dolardan 154 dolara düştü. Bu düşük fiyat, Amerikan evlerinde buzdolabı sahipliğinin %50'yi geçmesine izin verdi. Freon, DuPont Corporation'ın bir ticari markasıdır ve bu CFC'leri ve daha sonra 1920'lerin sonlarında geliştirilen soğutucu akışkanlar olan hidrokloroflorokarbon (HCFC) ve hidroflorokarbon (HFC) anlamına gelir. Bu soğutucuların, o zamanlar, metil format, amonyak, metil klorür ve kükürt dioksit dahil olmak üzere, zamanın yaygın olarak kullanılan soğutucularından daha az zararlı olduğu düşünülüyordu. Amaç, ev kullanımı için tehlikesiz bir şekilde soğutma ekipmanı sağlamaktı. Bu CFC soğutucuları bu ihtiyaca cevap verdi. 1970'lerde, bileşiklerin, güneş ultraviyole radyasyonuna karşı önemli bir koruma olan atmosferik ozonla reaksiyona girdiği bulundu ve 1987'deki Montreal Protokolü'nde dünya çapında bir soğutucu olarak kullanımları kısıtlandı .

Yerleşim kalıpları üzerindeki etki

Geçen yüzyılda soğutma, yeni yerleşim kalıplarının ortaya çıkmasına izin verdi. Bu yeni teknoloji, nehir, vadi yolu veya liman gibi doğal bir ulaşım kanalı üzerinde olmayan ve aksi halde yerleşime açık olmayan yeni alanların yerleşmesine olanak sağlamıştır. Soğutma, ilk yerleşimcilere batıya ve nüfussuz kırsal alanlara yayılma fırsatı verdi. Zengin ve işlenmemiş topraklara sahip bu yeni yerleşimciler, doğu şehirlerine ve eyaletlerine hammadde göndererek kâr etme fırsatı buldular. 20. yüzyılda, soğutma Dallas, Phoenix ve Los Angeles gibi “Galaktik Şehirleri” mümkün kıldı.

Soğutmalı vagonlar

Soğutuculu vagon ( frigorifik vagon veya buzdolabı vagonu ), yoğun demiryolu ağı ile birlikte, sadece bölgesel bir fırsattan ziyade ulusal bir fırsata izin veren, pazar ve çiftlik arasında son derece önemli bir bağlantı haline geldi. Soğutmalı vagonun icadından önce, bozulabilir gıda ürünlerini uzun mesafelere taşımak imkansızdı. Sığır eti paketleme endüstrisi, soğutma arabaları için ilk talep baskısını yaptı. Demiryolu şirketleri, büyükbaş hayvan vagonlarına, stok sahalarına ve besi yerlerine yaptıkları ağır yatırımlar nedeniyle bu yeni buluşu benimsemekte yavaş davrandılar. Soğutma vagonları da diğer vagonlara kıyasla karmaşık ve maliyetliydi, bu da soğutmalı vagonların benimsenmesini yavaşlattı. Soğutuculu vagonun yavaş benimsenmesinden sonra, sığır eti paketleme endüstrisi, buz fabrikalarını kontrol etme ve buzlanma ücretlerini belirleme yetenekleriyle frigorifik vagon işine hakim oldu. Amerika Birleşik Devletleri Tarım Bakanlığı, 1916'da ülkede öldürülen sığırların yüzde altmış dokuzundan fazlasının eyaletler arası ticaretle ilgili bitkilerde yapıldığını tahmin ediyor. Et ticaretine de dahil olan aynı şirketler daha sonra sebze ve meyveleri de içerecek şekilde frigorifik taşımacılık uyguladılar. Et paketleme şirketleri, frigorifik arabalar gibi pahalı makinelerin çoğuna ve her türlü bozulabilir malı etkin bir şekilde dağıtmalarına izin veren soğuk hava depolarına sahipti. Birinci Dünya Savaşı sırasında, Amerika Birleşik Devletleri Yönetimi tarafından atıl araba sorunuyla başa çıkmak için ulusal bir buzdolabı araba havuzu kurulmuş ve daha sonra savaştan sonra devam ettirilmiştir. Atıl araba sorunu, mevsimlik hasatlar arasında anlamsızca oturan soğutma arabaları sorunuydu. Bu, çok pahalı arabaların yılın büyük bir bölümünde raylarda oturması ve araba sahibine hiçbir gelir getirmemesi anlamına geliyordu. Araba havuzu, arabaların maksimum kullanımını sağlamak için mahsuller olgunlaştıkça bölgelere dağıtıldığı bir sistemdi. Soğutulmuş vagonlar, doğuda Amerika'nın tüketen pazarını tatmin etmek için batı eyaletlerindeki üzüm bağlarından, meyve bahçelerinden, tarlalardan ve bahçelerden doğuya doğru hareket etti. Soğutmalı araba, bozulabilir mahsullerin yüzlerce, hatta binlerce kilometre veya mil taşınmasını mümkün kıldı. Arabanın verdiği en göze çarpan etki, sebze ve meyvelerin bölgesel olarak uzmanlaşmasıydı. Soğutmalı vagon, 1950'lere kadar bozulabilir malların taşınması için yaygın olarak kullanıldı. 1960'lara gelindiğinde, ülkenin eyaletler arası otoyol sistemi, kamyonların bozulabilir gıda yüklerinin çoğunu taşımasına ve eski soğutmalı vagon sistemini dışarı atmasına izin verecek kadar tamamlanmıştı.

Batıya ve kırsal alanlara genişleme

Soğutmanın yaygın kullanımı, Amerika Birleşik Devletleri'nde çok sayıda yeni tarımsal fırsatın açılmasına izin verdi. Amerika Birleşik Devletleri'nde daha önce yerleşim olmayan ve yoğun nüfuslu bölgelerden çok uzakta olan bölgelerde yeni pazarlar ortaya çıktı. Güneydeki ve batıdaki eyaletler gibi kırsal kabul edilen alanlarda yeni tarım olanakları kendini gösterdi. Güneyde üretilen buzdan ziyade Kaliforniya'daki Sierras'tan gelen doğal buz kullanılmasına rağmen, güneyden ve Kaliforniya'dan büyük çapta sevkiyatlar aynı zamanda yapıldı. Soğutma, birçok alanın belirli meyvelerin yetiştirilmesinde uzmanlaşmasına izin verdi. California çeşitli meyveler, üzümler, şeftaliler, armutlar, erikler ve elmalarda uzmanlaşırken, Georgia özellikle şeftalileriyle ünlü oldu. Kaliforniya'da, soğutmalı vagonların kabulü, 1895'te 4.500 vagon yükünden 1905'te 8.000 ila 10.000 vagona kadar vagon yükünün artmasına neden oldu. Körfez Ülkeleri, Arkansas, Missouri ve Tennessee büyük çapta çilek üretimine girdiler. Mississippi, domates endüstrisinin merkezi haline geldi . New Mexico, Colorado, Arizona ve Nevada kavun yetiştirdi. Soğutma olmadan bu mümkün olmazdı. 1917'ye gelindiğinde, doğu pazarlarına yakın olan köklü meyve ve sebze bölgeleri, bu uzak uzmanlaşmış merkezlerden gelen rekabet baskısını hissetti. Soğutma et, meyve ve sebze ile sınırlı değildi, aynı zamanda süt ürünleri ve mandıra çiftliklerini de kapsıyordu. Yirminci yüzyılın başlarında, büyük şehirler süt ürünlerini 640 kilometreye (400 mi) kadar çiftliklerden sağlıyorlardı. Süt ürünleri, daha fazla bozulabilirlik nedeniyle meyve ve sebzeler gibi uzak mesafelere kolayca taşınamadı. Soğutma, doğu pazarlarından uzakta batıda üretimi mümkün kıldı, aslında mandıra çiftçileri nakliye masraflarını ödeyebilir ve yine de doğudaki rakiplerinden daha ucuza satabilirdi. Soğutma ve frigorifik ray, nehir, vadi yolu veya limanlar gibi doğal ulaşım kanalından uzak, zengin topraklara sahip bölgelere fırsat verdi.

Galaktik şehrin yükselişi

"Edge city" terimi Joel Garreau tarafından , "galaktik şehir" terimi ise Lewis Mumford tarafından kullanılmıştır . Bu terimler, daha önce bir yerleşim yeri veya kırsal alan olan geleneksel bir şehir merkezi veya merkezi iş bölgesi dışında iş, alışveriş ve eğlence yoğunluğunu ifade eder. Los Angeles, Las Vegas, Houston ve Phoenix gibi bu şehirlerin büyümesine katkıda bulunan çeşitli faktörler vardı. Bu büyük şehirlere katkıda bulunan faktörler arasında güvenilir otomobiller, otoyol sistemleri, soğutma ve tarımsal üretim artışları sayılabilir. Yukarıda bahsedilenler gibi büyük şehirler tarihte alışılmadık bir durum değildir, ancak bu şehirleri diğerlerinden ayıran şey, bu şehirlerin bir doğal ulaşım kanalı üzerinde veya patika, liman gibi iki veya daha fazla kanalın bir kavşağında olmamasıdır. , dağ, nehir veya vadi. Bu büyük şehirler, sadece birkaç yüz yıl önce yaşanmaz olan bölgelerde gelişmiştir. Havayı soğutmanın ve su ve yiyeceği uzak mesafelerden taşımanın uygun maliyetli bir yolu olmasaydı, bu büyük şehirler asla gelişemezdi. Bu şehirlerin hızlı büyümesi, soğutma ve tarımsal üretkenlik artışından etkilenerek, daha uzak çiftliklerin nüfusu etkili 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 konsantrasyonu hakkında bilgi vermektedir. Bu, 1880'lerde Yeni Zelanda'dan gelen donmuş koyun karkaslarının ilk başarılı sevkiyatı ile donmuş et ticareti için yaratılan pazarın kısmi bir sonucudur. Pazar büyümeye devam ederken, gıda işleme ve kalite ile ilgili düzenlemeler uygulanmaya başlandı. Sonunda, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki kırsal evlere elektrik getirildi, bu da soğutma teknolojisinin çiftlikte genişlemeye devam etmesine izin vererek kişi başına çıktıyı artırdı. Günümüzde çiftlikte soğutmanın kullanılması nem seviyelerini düşürür, bakteri üremesi nedeniyle bozulmayı önler ve muhafazaya yardımcı olur.

demografi

Soğutmanın tanıtılması ve ek teknolojilerin evrimi, Amerika Birleşik Devletleri'nde tarımı büyük ölçüde değiştirdi. Çoğu çiftçi aslında kendi çiftliklerinde yaşadığından, 20. yüzyılın başlarında çiftçilik Amerika Birleşik Devletleri vatandaşları için ortak bir meslek ve yaşam tarzıydı. 1935'te Amerika Birleşik Devletleri'nde 6.8 milyon çiftlik ve 127 milyon nüfus vardı. Yine de, Birleşik Devletler nüfusu artmaya devam ederken, tarımla uğraşan vatandaşlar azalmaya devam ediyor. 2007 ABD Nüfus Sayımı'na göre, bugün 310 milyonluk bir nüfusun yüzde birden azı çiftçiliğin bir meslek olduğunu iddia ediyor. Bununla birlikte, artan nüfus, daha çeşitli mahsuller, gübreler, böcek ilaçları ve gelişmiş teknoloji ile karşılanan tarım ürünlerine olan talebin artmasına neden olmuştur. Gelişmiş teknoloji, tarımsal yönetimin içerdiği riski ve zamanı azalttı ve daha büyük çiftliklerin toplumun talebini karşılamak için kişi başına çıktılarını artırmalarına izin verdi.

Et paketleme ve ticareti

1882'den önce , Yeni Zelanda'nın Güney Adası , çiftçilerine hemen et ihracatında ekonomik potansiyel kazandıran ot ekimi ve koyun melezleme denemeleri yapıyordu. 1882 yılında, koyun leşleri ilk başarılı sevkiyat gönderildi Port Chalmers içinde Dunedin için, Yeni Zelanda London . 1890'lara gelindiğinde, Yeni Zelanda'da, özellikle 1900'de ihraç edilen koyun karkaslarının %50'sinin geldiği Canterbury'de , donmuş et ticareti giderek daha karlı hale geldi. Canterbury etinin en yüksek kaliteyle bilinmesi çok uzun sürmedi ve bir talep yarattı. dünya çapında Yeni Zelanda eti için. Bu yeni talebi karşılamak için çiftçiler yemlerini iyileştirdiler, böylece koyunlar sadece yedi ay içinde kesime hazır olabilirdi. 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 1891 tarihli Et Denetim Yasası Amerika Birleşik Devletleri'nde yürürlüğe kondu. Et ambalajları kalkmaya başladığında, tüketiciler tüketilecek etin kalitesi konusunda tedirgin oldular. Upton Sinclair'in 1906 tarihli The Jungle adlı romanı , sağlıksız çalışma koşullarına ve hastalıklı hayvanların işlenmesine ışık tutarak et paketleme endüstrisine olumsuz ilgi gösterdi. Kitap, Başkan Theodore Roosevelt'in dikkatini çekti ve 1906 Et Denetim Yasası , 1891 tarihli Et Denetim Yasası'na bir değişiklik olarak yürürlüğe girdi. Bu yeni yasa, işlendiği etin ve çevrenin kalitesine odaklandı.

Kırsal alanlarda elektrik

1930'ların başında, Amerika Birleşik Devletleri'nin kentsel nüfusunun yüzde 90'ı , kırsal evlerin sadece yüzde 10'una kıyasla elektrik gücüne sahipti . O zamanlar, elektrik şirketleri, gücü kırsal alanlara genişletmenin ( kırsal elektrifikasyon ), harcadıkları zamana değecek kadar kâr üreteceğini düşünmüyorlardı . Ancak, Büyük Buhran'ın ortasında , Başkan Franklin D. Roosevelt, elektriksel olarak bağlanmadıkları takdirde kırsal alanların hem yoksulluk hem de üretim açısından kentsel alanların gerisinde kalmaya devam edeceğini fark etti. 11 Mayıs 1935'te cumhurbaşkanı, REA olarak da bilinen Kırsal Elektrifikasyon İdaresi adlı bir yürütme emri imzaladı. Ajans, kırsal alanlarda elektrik altyapısını finanse etmek için kredi sağladı. Sadece birkaç yıl içinde Amerika Birleşik Devletleri'nin kırsal bölgelerindeki 300.000 kişi evlerinde elektrik aldı.

Elektrik, çiftliklerdeki çalışma koşullarını önemli ölçüde iyileştirirken, gıda üretiminin güvenliği üzerinde de büyük bir etkisi oldu. Tarım ve gıda dağıtım süreçlerine, gıdaların korunmasına yardımcı olan ve gıda kaynaklarının güvenliğini sağlayan soğutma sistemleri getirildi . Soğutma, daha sonra Amerika Birleşik Devletleri'nin her yerine gönderilebilecek bozulabilir malların üretimine de izin verdi. Sonuç olarak, Amerika Birleşik Devletleri çiftçileri hızla dünyanın en üretkenleri haline geldi ve yepyeni gıda sistemleri ortaya çıktı.

Çiftlik kullanımı

Nem seviyelerini ve bakteri üremesinden kaynaklanan bozulmayı azaltmak için günümüzde çiftçilikte et, ürün ve süt işleme için soğutma kullanılmaktadır. Soğutma sistemleri, kalite standartlarını karşılamak ve raf ömrünü artırmak için mümkün olan en kısa sürede soğutulması gereken tarım ürünleri için en sıcak aylarda kullanılır. Bu arada, süt çiftlikleri bozulmayı önlemek için sütü yıl boyunca soğutur.

Yaşam tarzı ve diyet üzerindeki etkiler

19. yüzyılın sonlarında ve 20. yüzyılın başlarında, soğutma gerektirmeyen temel gıdalar (şeker, pirinç ve fasulye) dışında, mevcut gıdalar mevsimlerden ve yerel olarak yetiştirilebileceklerden büyük ölçüde etkilendi. Soğutma bu sınırlamaları kaldırdı. Soğutma, modern süpermarketin fizibilitesinde ve ardından popülaritesinde büyük rol oynadı. Mevsim dışı veya uzak yerlerde yetiştirilen meyve ve sebzeler artık nispeten düşük fiyatlara satılıyor. Buzdolapları, genel süpermarket satışlarının bir parçası olarak et ve süt ürünlerinde büyük bir artışa yol açtı. Marketten satın alınan ürünlerin değiştirilmesinin yanı sıra bu gıdaların uzun süre saklanabilmesi, 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 devreye girmesi, bozulabilir maddelerin hijyenik olarak taşınmasına ve depolanmasına izin verdi ve bu nedenle, çıktı büyümesini, tüketimini ve beslenmenin mevcudiyetini destekledi. Gıda saklama yöntemimizdeki değişiklik, bizi tuzlardan daha yönetilebilir bir sodyum seviyesine taşıdı. Et ve süt ürünleri gibi çabuk bozulan gıdaları taşıma ve saklama yeteneği, 1890'lardan sonra ABD'de süt tüketiminde %1,7'lik bir artışa ve toplam protein alımında yıllık %1,25'lik bir artışa yol açtı.

İnsanlar bu çabuk bozulan ürünleri sadece kendilerinin saklaması kolaylaştığı için değil, aynı zamanda frigorifik nakliye ve depolama alanındaki yeniliklerin daha az bozulma ve israfa yol açması ve dolayısıyla bu ürünlerin fiyatlarını düşürmesi nedeniyle tüketiyordu. Soğutma, gelişmiş beslenme yoluyla yetişkin boyundaki artışın (ABD'de) en az %5,1'inden sorumludur ve besinlerin kalitesindeki iyileşmeler ve hastalıklardaki azalma ile bağlantılı dolaylı etkiler de hesaba katıldığında, genel etki önemli ölçüde artar. daha büyük. Son zamanlarda yapılan araştırmalar, bir hanedeki buzdolabı sayısı ile mide kanseri ölüm oranı arasında negatif bir ilişki olduğunu da göstermiştir.

Mevcut 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 gıdaların saklanması için optimum sıcaklık aralığı 3 ila 5 °C'dir (37 ila 41 °F).

Ticaret ve imalatta, soğutmanın birçok kullanım alanı vardır. Soğutma, örneğin oksijen , nitrojen , propan ve metan gibi gazları sıvılaştırmak için kullanılır . Basınçlı hava temizlemede, nem içeriğini azaltmak için basınçlı havadaki 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 sertleştirmek için soğutma kullanır. Sıcaklığa duyarlı gıda maddeleri ve diğer malzemeleri kamyonlar, trenler, uçaklar ve açık deniz gemileri ile taşırken, soğutma bir zorunluluktur.

Süt ürünleri sürekli olarak soğutmaya ihtiyaç duyar ve yumurtaların markete vardıktan sonra soğutulmasını beklemek yerine nakliye sırasında soğutulması gerektiği ancak son birkaç on yılda keşfedildi. Etler, kümes hayvanları ve balıklar satılmadan önce iklim kontrollü ortamlarda tutulmalıdır. Soğutma ayrıca meyve ve sebzelerin daha uzun süre yenilebilir kalmasına yardımcı olur.

Soğutmanın en etkili kullanımlarından biri Japonya'da suşi / sashimi endüstrisinin gelişmesiydi . Soğutmanın keşfinden önce, birçok suşi uzmanı hastalığa yakalanma riski altındaydı. Soğutulmamış sashimi'nin tehlikeleri, Japonya'nın kırsal kesimlerinde araştırma ve sağlık hizmeti dağıtımının olmaması nedeniyle onlarca yıldır ortaya çıkmadı. Yüzyılın ortalarında, Kyoto merkezli Zojirushi şirketi, buzdolabı tasarımlarında atılımlar yaparak 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, kapalı bir alanı buzu eriterek veya kuru buzu süblimleştirerek soğutur . Belki de bunun en basit örneği, içine eşyaların konduğu, ardından üstüne buz döküldüğü portatif bir soğutucudur. Normal buz, buzu daha fazla soğutmak için tuz kullanılmadığı sürece ( geleneksel bir dondurma makinesinde olduğu gibi ) sıcaklıkları donma noktasının yakınında tutabilir, ancak bunun altında tutamaz . Kuru buz, sıcaklığı güvenilir bir şekilde suyun donma noktasının çok altına getirebilir.

döngüsel soğutma

Bu, ısının düşük sıcaklıklı bir alandan veya kaynaktan çıkarıldığı ve harici iş yardımıyla yüksek sıcaklıklı bir lavaboya reddedildiği bir soğutma döngüsünden ve bunun tersi olan termodinamik güç döngüsünden oluşur . Güç çevriminde, ısı yüksek sıcaklıktaki bir kaynaktan motora verilir, 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 dönüşümlü olarak ısıyı emen ve reddeden soğutucuda meydana gelen değişiklikleri tanımlar . Ayrıca , ister paketlenmiş ister bölünmüş bir sistem olsun, bir HVACR ünitesinden soğutucu akışının "işlemini" tanımlarken ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme HVACR çalışmalarına da uygulanır .

Isı doğal olarak sıcaktan soğuğa doğru akar. Daha düşük sıcaklıktaki bir ısı kaynağından daha yüksek sıcaklıktaki bir soğutucuya ısı pompalayarak bir yaşam alanını veya depolama hacmini soğutmak için uygulanır. Yalıtım , soğutulan alanda daha düşük bir sıcaklığa ulaşmak ve bunu sürdürmek için gereken işi ve enerjiyi azaltmak için kullanılır . Soğutma çevriminin çalışma prensibi, 1824 yılında Sadi Carnot tarafından bir ısı motoru olarak matematiksel olarak tanımlanmıştır .

En yaygın soğutma sistemleri türleri , uygulamaların küçük bir kısmında absorpsiyonlu ısı pompaları kullanılmasına rağmen , ters Rankine buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimini kullanır.

Döngüsel soğutma şu şekilde sınıflandırılabilir:

  1. Buhar döngüsü ve
  2. Gaz döngüsü

Buhar çevrimli soğutma ayrıca şu şekilde sınıflandırılabilir:

  1. Buhar sıkıştırmalı soğutma
  2. Sorpsiyon Soğutma
    1. Buhar absorpsiyonlu 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. 1. noktadan 2. noktaya kadar, buhar sabit entropide sıkıştırılır ve kompresörden daha yüksek bir sıcaklıkta buhar olarak çıkar, ancak yine de o sıcaklıkta buhar basıncının altındadır . 2. noktadan 3. noktaya ve 4. noktadan, buhar, yoğunlaşmaya başlayana kadar buharı soğutan kondansatörden geçer ve daha sonra sabit basınç ve sıcaklıkta ilave ısıyı uzaklaştırarak buharı bir sıvıya yoğunlaştırır. 4. ve 5. noktalar arasında, sıvı soğutucu akışkan , basıncının aniden düştüğü ve tipik olarak sıvının yarısından daha azının ani buharlaşmaya ve otomatik olarak soğutulmasına neden olduğu genleşme valfinden (kısma valfi olarak da adlandırılır) geçer .

Bu, 5. noktada gösterildiği gibi daha düşük bir sıcaklık ve basınçta bir sıvı ve buhar karışımı ile sonuçlanır. Soğuk sıvı-buhar karışımı daha sonra evaporatör bobini veya borularından geçer ve sıcak havanın soğutulmasıyla (soğutulan alandan) tamamen buharlaşır. ) evaporatör bobini veya boruları boyunca bir fan tarafından üflenmesi. Ortaya çıkan soğutucu buhar, termodinamik çevrimi tamamlamak için 1. noktada kompresör girişine geri döner.

Yukarıdaki tartışma, ideal buhar sıkıştırmalı soğutma döngüsüne dayanmaktadır ve sistemdeki sürtünme basıncı düşüşü , soğutucu buharın sıkıştırılması sırasında hafif termodinamik tersinmezlik veya ideal olmayan gaz davranışı gibi gerçek dünya etkilerini hesaba katmaz. varsa. Buhar sıkıştırmalı buzdolapları, kaskad soğutma sistemlerinde iki kademeli olarak düzenlenebilir , ikinci kademe birinci kademenin yoğuşturucusunu 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

Absorpsiyon döngüsü

Yirminci yüzyılın ilk yıllarında, su-amonyak sistemleri veya LiBr -su kullanan buhar absorpsiyon döngüsü popülerdi ve yaygın olarak kullanılıyordu. Buhar sıkıştırma çevriminin geliştirilmesinden sonra, düşük performans katsayısı (buhar sıkıştırma çevriminin yaklaşık beşte biri) nedeniyle buhar emme çevrimi önemini büyük ölçüde yitirmiştir . Günümüzde buhar absorpsiyon çevrimi, esas olarak, LP gazı taşıyan eğlence araçları gibi, ısıtma için yakıtın mevcut olduğu ancak elektriğin olmadığı yerlerde kullanılmaktadır . Ayrıca bol miktarda atık ısının verimsizliğinin üstesinden geldiği endüstriyel ortamlarda da kullanılmaktadır.

Absorpsiyon döngüsü, soğutucu buharın basıncını yükseltme yöntemi dışında sıkıştırma döngüsüne benzer. Absorpsiyon sisteminde, kompresörün yerini soğutucu akışkanı uygun bir sıvı içinde çözen bir emici, basıncı yükselten bir sıvı pompası ve ısı ilavesiyle soğutucu buharı yüksek basınçlı sıvıdan uzaklaştıran bir jeneratör alır. Sıvı pompası için bir miktar iş gerekir, ancak belirli bir soğutucu akışkan miktarı için bu, buhar sıkıştırma çevriminde kompresörün ihtiyaç duyduğundan çok daha küçüktür. Bir absorpsiyonlu buzdolabında, uygun bir soğutucu ve emici kombinasyonu kullanılır. En yaygın kombinasyonlar, su (emici) ile amonyak (soğutucu) ve lityum bromür (emici) ile su (soğutucu)'dir.

Adsorpsiyon döngüsü

Absorpsiyon döngüsü ile temel fark, adsorpsiyon döngüsünde, soğutucunun (adsorbat) amonyak, su, metanol vb. olabilmesidir , oysa adsorban silikon jel , aktif karbon veya zeolit gibi bir katıdır . emicinin sıvı olduğu absorpsiyon döngüsü.

Adsorpsiyonlu soğutma teknolojisinin son 30 yılda kapsamlı bir şekilde araştırılmasının nedeni, adsorpsiyonlu soğutma sisteminin çalışmasının genellikle gürültüsüz, aşındırıcı olmayan 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 kondenser ve evaporatöre karşılık gelen bileşenler, gaz çevrimlerinde sıcak ve soğuk gazdan gaza ısı eşanjörleridir . Örneğin, hava soğutmalı bir gaz soğutucu, kapalı bir sistem içinde hava kullanarak CO2 soğutma gazını soğutur.

Gaz çevrimi, buhar sıkıştırma çevriminden daha az verimlidir, çünkü gaz çevrimi , ters Rankine çevrimi yerine ters Brayton çevrimi üzerinde çalışır . Bu nedenle, çalışma sıvısı sabit sıcaklıkta ısı almaz ve reddetmez. Gaz çevriminde, soğutma etkisi, gazın özgül ısısı ile düşük sıcaklık tarafındaki gazın sıcaklığındaki artışın çarpımına eşittir. Bu nedenle, aynı soğutma yükü için bir gaz soğutma çevrimi, büyük bir kütle akış hızına ihtiyaç duyar ve hacimlidir.

Daha düşük verimlilikleri ve daha büyük hacimleri nedeniyle, hava çevrimli soğutucular günümüzde karasal soğutma cihazlarında sıklıkla kullanılmamaktadır. Bununla birlikte, hava çevrimli makine , gaz türbini ile çalışan jet uçaklarında soğutma ve havalandırma üniteleri olarak çok yaygındır , çünkü basınçlı hava motorların kompresör bölümlerinden kolaylıkla temin edilebilir. Bu tür üniteler ayrıca uçağa basınç verme amacına da hizmet eder.

Termoelektrik soğutma

Termoelektrik soğutma , iki tür malzemenin birleşimi arasında bir ısı akışı oluşturmak için Peltier etkisini kullanır . Bu etki, kamp ve portatif soğutucularda ve elektronik bileşenleri ve küçük aletleri soğutmak için yaygın olarak kullanılır. Peltier soğutucular genellikle geleneksel bir buhar sıkıştırma çevrimli buzdolabının pratik olmadığı veya çok fazla yer kaplayacağı durumlarda ve soğutulmuş görüntü sensörlerinde, 2 veya daha fazlasını kullanarak çok düşük sıcaklıklara ulaşmanın kolay, kompakt ve hafif, verimsiz ise, bir yol olarak kullanılır. Kademeli soğutma konfigürasyonunda düzenlenen kademeli peltier soğutucular , yani önceki aşamalar tarafından üretilen daha fazla ısı ve atık ısıyı çıkarmak için her aşama bir öncekinden daha büyük olacak şekilde 2 veya daha fazla peltier elemanının üst üste istiflenmesi anlamına gelir. . Peltier soğutma, buhar sıkıştırma çevrimiyle karşılaştırıldığında düşük bir COP'ye (verimliliğe) sahiptir, bu nedenle daha fazla atık ısı yayar (peltier elemanı 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 içsel bir özelliği olan manyetokalorik etkiye dayanan bir soğutma teknolojisidir . Soğutucu akışkan genellikle seryum magnezyum nitrat gibi paramanyetik bir tuzdur . Bu durumda aktif manyetik dipoller , paramanyetik atomların elektron kabuklarıdır .

Soğutucuya, çeşitli manyetik dipollerini hizalamaya zorlayan ve soğutucunun bu serbestlik derecelerini düşürülmüş bir entropi durumuna getiren güçlü bir manyetik alan uygulanır . Bir ısı emici daha sonra entropi kaybı nedeniyle 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 soğutucunun sıcaklığının altına düşürür.

Oda sıcaklığında gerekli özellikleri sergileyen çok az malzeme olduğundan, uygulamalar şimdiye kadar kriyojenik ve araştırma ile sınırlandırılmıştır .

Diğer yöntemler. Diğer metodlar

Diğer soğutma yöntemleri arasında uçaklarda kullanılan hava döngüsü makinesi ; Vorteks tüpü basınçlı hava kullanılabilir nokta soğutma için kullanılan; ve ısı transferini ve ısı değişimini sağlamak için basınçlı bir gazda ses dalgalarını kullanan termoakustik soğutma ; 1930'ların başında büyük binaları iklimlendirmek için popüler olan buhar püskürtmeli soğutma ; Akıllı metal alaşımlı germe ve gevşetme kullanarak termoelastik soğutma. Birçok Stirling çevrimli ısı motorları, bir buzdolabı olarak işlev görmek için geriye doğru çalıştırılabilir ve bu nedenle bu motorlar, kriyojenikte niş bir kullanıma sahiptir . Ek olarak, Gifford-McMahon soğutucuları, Joule-Thomson soğutucuları, darbe tüplü buzdolapları ve 2 mK ile 500 mK arasındaki sıcaklıklar için seyreltme buzdolapları gibi başka kriyo soğutucu türleri de vardır .

Elastokalorik soğutma

Bir başka potansiyel katı hal soğutma tekniği ve nispeten yeni bir çalışma alanı, süper elastik malzemelerin özel bir özelliğinden gelmektedir . Bu malzemeler, uygulanan bir mekanik stres (elastokalorik etki olarak adlandırılır) yaşadıklarında bir sıcaklık değişikliğine uğrarlar . 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 stres yaşadığında , malzemenin ısınmasına neden olan martensitik faza ekzotermik bir faz dönüşümüne uğrar . Gerilimin ortadan kaldırılması işlemi tersine çevirir, malzemeyi östenitik fazına geri yükler ve malzemeyi soğutan çevreden 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 bir emisyonsuz soğutma kaynağı sağlar. İncelenen en yaygın olarak incelenen 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 süreçle ilişkili olan histerezis biçimindeki potansiyel enerji kayıplarından kaynaklanmaktadır . Bu kayıpların çoğu iki faz arasındaki uyumsuzluklardan kaynaklandığından, kayıpları azaltmak ve tersinirliği ve verimliliği artırmak için uygun alaşım ayarı gereklidir . Malzemenin dönüşüm geriliminin enerji kayıplarıyla dengelenmesi, büyük bir elastokalorik etkinin ortaya çıkmasına ve potansiyel olarak soğutma için yeni bir alternatife olanak tanır.

Buzdolabı Kapısı

Buzdolabı Kapısı yöntemi, bir buzdolabını termodinamik yasalarını ihlal etmeden mümkün olan en verimli şekilde sürmek için tek bir mantık kapısı kullanmanın teorik bir uygulamasıdır. Bir parçacığın içinde bulunabileceği iki enerji durumu olduğu gerçeğine göre çalışır: temel durum ve uyarılmış durum. Uyarılmış durum, temel durumdan biraz daha fazla enerji taşır, geçişin yüksek olasılıkla gerçekleşmesi için yeterince küçüktür. Soğutucu kapısıyla ilişkili üç bileşen veya parçacık türü vardır. Birincisi buzdolabının içinde, ikincisi dışta ve üçüncüsü, E durumuna ulaşıp kaynağı yenileyebilmesi için sık sık ısınan bir güç kaynağına bağlı. Buzdolabının iç kısmındaki soğutma adımında, g durumu parçacığı ortamdaki parçacıklardan enerji emer, onları soğutur ve kendisi e durumuna atlar. İkinci adımda, parçacıkların da e durumunda olduğu buzdolabının dışında, parçacık g durumuna düşer, enerji açığa çıkar ve dışarıdaki parçacıkları ısıtır. Üçüncü ve son adımda, güç kaynağı bir parçacığı e durumunda hareket ettirir ve g durumuna düştüğünde, iç e parçacığının yeni bir g parçacığı ile değiştirildiği, döngüyü yeniden başlatan bir enerji-nötr değişimi başlatır.

Pasif sistemler

MIT araştırmacıları, ucuz malzemeler kullanarak ve fosil yakıt kaynaklı enerji gerektirmeden sıcak güneşli bir günde soğutma sağlamanın yeni bir yolunu tasarladılar. Sıcak, şebekeden uzak yerlerde yiyecek ve ilaçları korumak için diğer soğutma sistemlerini desteklemek için kullanılabilecek pasif sistem, esasen bir şemsiyenin yüksek teknolojili 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. Ev tipi ve ticari buzdolapları kJ/s veya Btu/h soğutma olarak derecelendirilebilir. Ticari ve endüstriyel soğutma sistemleri için kilovat (kW), hem ton soğutmanın hem de BTU/h'nin kullanıldığı Kuzey Amerika hariç, temel soğutma birimidir .

Bir soğutma sisteminin performans katsayısı (CoP), bir sistemin genel verimliliğini belirlemede çok önemlidir. kW cinsinden soğutma kapasitesinin kW cinsinden enerji girdisine 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 tipik olarak performans faktörünü (PF) kullanır. Bir sistemin PF'si, bir sistemin beygir gücü cinsinden enerji girişinin TR'deki soğutma kapasitesine bölünmesiyle tanımlanır. Hem CoP hem de PF, tüm sisteme veya sistem bileşenlerine uygulanabilir. Örneğin, tek bir kompresör, kompresörü çalıştırmak için gereken enerji ile giriş hacmi akış hızına dayalı olarak 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 tanımlandığını unutmamak 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 iklimlendirme sistemleri , enerji verimliliği performans derecesi 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 and Jones, Soğutma ve İklimlendirme , 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 Yayıncılık. ISBN'si 978-1-59070-280-2.
  • Anderson, Oscar Edward (1972). Amerika'da Soğutma: Yeni bir teknolojinin tarihi ve etkisi . Kennikat Basın. P. 344. ISBN'si 978-0-8046-1621-8.
  • Shachtman, Tom (2000). Mutlak Sıfır: Ve Soğuğun Fethi . Denizci Kitapları. P. 272. ISBN 978-0-618-08239-1.
  • Woolrich, Willis Raymond (1967). Soğuk yaratan adamlar: Soğutmanın tarihi (1. baskı). Sergi Basın. P. 212.

Dış bağlantılar