Войти
Коммерческое охлаждение Термин охлаждение означает охлаждение пространства, вещества или системы для понижения и / или поддержания их температуры ниже температуры окружающей среды (в то время как удаленное тепло отводится при более высокой температуре). Другими словами, охлаждение - это искусственное (искусственное) охлаждение. Энергия в виде тепла удаляется из низкотемпературного резервуара и передается в высокотемпературный резервуар. Работа по передаче энергии традиционно управляется механическими средствами, но также может управляться теплом, магнетизмом, электричеством, лазером, или другими способами. Холодильное оборудование находит множество применений, включая бытовые холодильники, промышленные морозильные камеры, криогеники и кондиционирование воздуха. Тепловые насосы могут использовать тепловую мощность процесса охлаждения, а также могут быть реверсивными, но в остальном аналогичны установкам для кондиционирования воздуха.
Охлаждение оказало большое влияние на промышленность, образ жизни, сельское хозяйство и структуру поселений. Идея сохранения продуктов питания восходит к временам Древней Римской и Китайской империй. Однако в прошлом веке технология механического охлаждения быстро развивалась: от сбора льда до железнодорожных вагонов с регулируемой температурой. Внедрение рефрижераторных вагонов способствовало расширению Соединенных Штатов на запад, позволяя селиться в районах, которые не находились на основных транспортных каналах, таких как реки, гавани или тропы в долинах. Поселения также развивались в неплодородных частях страны, наполненных вновь открытыми природными ресурсами.
Эти новые модели поселений спровоцировали строительство больших городов, способных процветать в районах, которые иначе считались негостеприимными, такими как Хьюстон, Техас и Лас-Вегас, Невада. В большинстве развитых стран города сильно зависят от охлаждения в супермаркетах, чтобы получать продукты для повседневного потребления. Увеличение источников продовольствия привело к большей концентрации продаж сельскохозяйственной продукции, поступающей от меньшего процента ферм. Сегодня фермерские хозяйства производят намного больше продукции на человека по сравнению с концом 1800-х годов. Это привело к появлению новых источников пищи, доступных для всего населения, что оказало большое влияние на питание общества.
Сезонная уборка снега и льда Древняя практика, по оценкам, началась раньше 1000 г. до н.э. Китайский сборник текстов этого периода, известный как Шицзин, описывает религиозные церемонии заполнения и опустошения ледяных погребов. Однако мало что известно о строительстве этих ледяных погребов или о том, для чего лед использовался. Следующим древним обществом, зафиксировавшим добычу льда, могли быть евреи из книги Притчей, в которой говорится: «Что холод снега во время жатвы, то верный посланник пославшим его». Историки истолковали это так, что евреи использовали лед для охлаждения напитков, а не для сохранения пищи. Другие древние культуры, такие как греки и римляне, выкапывали большие снежные ямы, изолирующие травой, мякиной или ветвями деревьев, в качестве холодильных камер. Как и евреи, греки и римляне использовали лед и снег не для сохранения пищи, а в первую очередь как средство для охлаждения напитков. Египтяне также разработали методы охлаждения напитков, но вместо использования льда для охлаждения воды египтяне охлаждали воду, заливая кипятком неглубокие глиняные кувшины и ставя их на крыши своих домов на ночь. Рабы увлажняли банки снаружи, и в результате испарения охлаждалась вода. Древние люди Индии использовали ту же концепцию для производства льда. Персы хранили лед в яме, называемой Яхчал, и, возможно, были первой группой людей, использовавших холодильные камеры для хранения продуктов. В австралийской глубинке до появления надежного электроснабжения там, где погода могла быть жаркой и сухой, многие фермеры использовали сейф Coolgardie. Он состоял из комнаты с гессиан (мешковиной), свисавшей с потолка, пропитанной водой. Вода испаряется и охлаждает портьеры из ткани и, таким образом, воздух, циркулирующий в комнате. Это позволит хранить многие скоропортящиеся продукты, такие как фрукты, масло и колбасные изделия, которые обычно портятся от жары.
Сбор льда в Массачусетсе, 1852 г., показывая линия железной дороги на заднем плане, используемая для транспортировки льда. До 1830 года немногие американцы использовали лед для охлаждения продуктов из-за отсутствия хранилищ для льда и морозильных камер. По мере того как эти две вещи стали более доступными, люди использовали топоры и пилы для добычи льда для своих складов. Этот метод оказался трудным, опасным и, конечно же, не походил ни на что, что можно было бы воспроизвести в промышленных масштабах.
Несмотря на трудности добычи льда, Фредерик Тюдор думал, что он может извлечь выгоду из этого нового товара, собирая урожай. лед в Новой Англии и отправка его на Карибские острова, а также в южные штаты. Вначале Тюдор потерял тысячи долларов, но в конечном итоге получил прибыль, построив ледники в Чарльстоне, Вирджиния, и в кубинском портовом городе Гавана. Эти ледники, а также более теплоизолированные суда помогли снизить потери льда с 66% до 8%. Это повышение эффективности побудило Тюдора расширить свой ледяной рынок на другие города с ледниками, такие как Новый Орлеан и Саванна. Этот рынок льда продолжал расширяться, поскольку сбор льда становился быстрее и дешевле после того, как один из поставщиков Тюдора, Натаниэль Вайет, изобрел ледорез на конной тяге в 1825 году. Это изобретение, а также успех Тюдора вдохновили других на участие в торговле льдом. и ледовая промышленность росла.
Лед стал массовым товаром к началу 1830-х годов, когда цена на лед упала с шести центов за фунт до половины цента за фунт. В Нью-Йорке потребление льда увеличилось с 12 000 тонн в 1843 году до 100 000 тонн в 1856 году. Потребление Бостона за тот же период подскочило с 6000 тонн до 85 000 тонн. Сбор льда создал «культуру охлаждения», поскольку большинство людей использовали лед и морозильные камеры для хранения своих молочных продуктов, рыбы, мяса и даже фруктов и овощей. Эти ранние практики холодного хранения проложили путь для многих американцев принять холодильные технологии, которые вскоре захватят всю страну.
Уильям Каллен, первый, кто провел эксперименты по искусственному охлаждению. История искусственного охлаждения началась, когда шотландский профессор Уильям Каллен сконструировал небольшую холодильную машину в 1755 году. Каллен использовал насос для создания частичного вакуума над контейнером с диэтиловый эфир, который затем закипел, поглощая тепло из окружающего воздуха. Эксперимент даже создал небольшое количество льда, но в то время не имел практического применения.
В 1758 году Бенджамин Франклин и Джон Хэдли, профессор химии, совместно работали над проектом по исследованию принципа испарения как средства быстрого охлаждения объекта на Кембриджский университет, Англия. Они подтвердили, что испарение легколетучих жидкостей, таких как спирт и эфир, можно использовать для снижения температуры объекта выше точки замерзания воды. Они провели свой эксперимент с колбой ртутного термометра в качестве объекта и с сильфоном, используемым для ускорения испарения; они снизили температуру термометра до -14 ° C (7 ° F), в то время как температура окружающей среды составила 18 ° C (65 ° F). Они отметили, что вскоре после того, как температура замерзания воды превысила 0 ° C (32 ° F), на поверхности колбы термометра образовалась тонкая пленка льда, а масса льда составила около 6,4 миллиметра (⁄ 4). дюймов) толщиной, когда они остановили эксперимент при достижении -14 ° C (7 ° F). Франклин писал: «В этом эксперименте можно увидеть возможность заморозить человека до смерти в теплый летний день». В 1805 году американский изобретатель Оливер Эванс описал замкнутый цикл парокомпрессионного охлаждения для производства льда из эфира в вакууме.
В 1820 году английский ученый Майкл Фарадей сжижал аммиак и другие газы, используя высокое давление и низкие температуры, а в 1834 году американский эмигрант в Великобританию Джейкоб Перкинс, построил первую в мире работающую парокомпрессионную систему охлаждения. Это был замкнутый цикл, который мог работать непрерывно, как он описал в своем патенте:
Его прототип системы работал, хотя не имел коммерческого успеха.
В 1842 году аналогичная попытка была предпринята американским врачом Джоном Горри, который построил рабочий прототип, но это был коммерческий провал. Как и многие медицинские эксперты того времени, Горри считал, что чрезмерное пребывание в тропической жаре приводит к умственному и физическому вырождению, а также к распространению таких болезней, как малярия. Он задумал использовать свою систему охлаждения для охлаждения воздуха в домах и больницах, чтобы предотвратить болезни. Американский инженер Александр Твининг получил в 1850 году британский патент на систему сжатия пара, в которой использовался эфир.
Первая практическая парокомпрессионная холодильная установка была построена Джеймсом Харрисоном, британским журналистом, эмигрировавшим в Австралию. Его патент 1856 года был на систему сжатия пара с использованием эфира, спирта или аммиака. Он построил механическую машину для производства льда в 1851 году на берегу реки Барвон в Роки-Пойнт в Джилонге, Виктория, а его первая коммерческая машина для производства льда последовала в 1854 году. Харрисон также ввел коммерческое парокомпрессионное охлаждение на пивоваренные и мясоперерабатывающие заводы, и к 1861 году дюжина его систем уже работала. Позже он вступил в дебаты о том, как конкурировать с американским преимуществом продажи неохлажденной говядины в Соединенное Королевство. В 1873 году он подготовил парусное судно «Норфолк» для экспериментальной поставки говядины в Соединенное Королевство, где вместо холодильной установки использовалась холодильная камера. Предприятие провалилось, поскольку лед съел быстрее, чем ожидалось.
Устройство для производства льда Фердинанда Карре Первая абсорбционная система газа, использующая газообразный аммиак, растворенный в воде (называемый «водный аммиак»), была разработана Фердинанд Карре из Франции в 1859 году и запатентован в 1860 году. Карл фон Линде, инженер, специализирующийся на паровозах, и профессор инженерии Мюнхенского технологического университета в Германии начал исследования в области охлаждения в 1860-х и 1870-х годах в ответ на спрос пивоваров на технологию, которая позволила бы круглый год крупномасштабное производство лагера ; он запатентовал улучшенный метод сжижения газов в 1876 году. Его новый процесс сделал возможным использование таких газов, как аммиак, диоксид серы (SO 2) и метилхлорид (CH 3 Cl) в качестве хладагента, и они широко использовались для этой цели до конца 1920-х годов.
Таддеус Лоу, американский воздухоплаватель, обладатель нескольких патентов на машины для производства льда. Его «Машина для сжатия льда» произвела революцию в индустрии холодильного хранения. В 1869 году он и другие инвесторы приобрели старый пароход, на который загрузили одну из холодильных установок Лоу и начали отправлять свежие фрукты из Нью-Йорка в район побережья Мексиканского залива и свежее мясо из Галвестона, штат Техас, обратно в Нью-Йорк, но из-за отсутствия Лоу. знания о судоходстве, бизнес обошелся дорого.
Рефрижератор 1870 года. Люки в крыше обеспечивали доступ к резервуарам для хранения собранного льда с каждого конца. 
Патент на ледогенератор Эндрю Мюля от 12 декабря 1871 года. В 1842 году Джон Горри создал систему способен охлаждать воду для производства льда. Хотя это был коммерческий провал, он вдохновил ученых и изобретателей по всему миру. Француз Фердинанд Карре был одним из вдохновителей и создал систему производства льда, которая была проще и меньше, чем у Горри. Во время гражданской войны такие города, как Новый Орлеан, больше не могли получать лед из Новой Англии через прибрежную торговлю льдом. Система охлаждения Карре стала решением проблемы льда в Новом Орлеане, и к 1865 году в городе было три машины Карре. В 1867 году в Сан-Антонио, штат Техас, французский иммигрант по имени Эндрю Мул построил машину для производства льда, чтобы помочь обслуживать расширяющуюся мясную промышленность, прежде чем перевезти ее в Уэйко в 1871 году. В 1873 году патент на эту машину был получен компанией Columbus Iron. Works, компания, приобретенная WC Bradley Co., которая впоследствии выпустила первые коммерческие льдогенераторы в США.
К 1870-м годам пивоварни стали крупнейшими потребителями собранного льда. Хотя на рубеже 20-го века индустрия сбора льда значительно выросла, загрязнение и сточные воды начали проникать в естественный лед, что сделало его проблемой в пригородах. Со временем пивоварни стали жаловаться на испорченный лед. Общественная озабоченность по поводу чистоты воды, из которой образовывался лед, начала расти в начале 1900-х годов с появлением теории микробов. Во многих СМИ были опубликованы статьи, связывающие такие заболевания, как брюшной тиф, с естественным потреблением льда. Это привело к тому, что сбор льда стал незаконным в некоторых районах страны. Все эти сценарии повысили требования к современному охлаждению и производству льда. Машины для производства льда, подобные машинам Карре и Мюля, рассматривались как средство производства льда для удовлетворения потребностей бакалейных лавок, фермеров и поставщиков пищевых продуктов.
Для краткости в США в 1840-х годах были введены железнодорожные вагоны-рефрижераторы. управляют транспортировкой молочных продуктов, но они используют собранный лед для поддержания прохладной температуры.
Dunedin, первое коммерчески успешное судно-рефрижератор. Новая холодильная техника впервые получила широкое промышленное применение в качестве средства замораживания поставки мяса для перевозки морем на рефрижераторных судах из Британских Доминионов и других стран на Британские острова. Первым, кто совершил этот прорыв, был предприниматель, эмигрировавший в Новую Зеландию. Уильям Солтау Дэвидсон считал, что рост населения и спроса на мясо в Великобритании может смягчить спад на мировых шерстяных рынках, который сильно повлиял на Новую Зеландию. После обширных исследований он заказал Dunedin для переоборудования компрессорной холодильной установкой для перевозки мяса в 1881 году. 15 февраля 1882 года «Dunedin» отплыл в Лондон с тем, что должно было стать первым коммерчески успешным рефрижераторным судном. путешествие и создание холодильного мясной промышленности.
The Times прокомментировали: «Сегодня мы должны зафиксировать такую победу над физическими трудностями, которая была бы невероятной, даже невообразимой всего несколько дней назад... ». Marlborough - дочернее судно Dunedin - было немедленно переоборудовано и присоединилось к торговле в следующем году вместе с конкурирующим судном Mataurua Новой Зеландии, а немецкий Steamer Marsala начал перевозить замороженную новозеландскую баранину в декабре. 1882. В течение пяти лет из Новой Зеландии в Соединенное Королевство было отправлено 172 партии замороженного мяса, из которых только в 9 было выбрано значительное количество мяса. Рефрижераторные перевозки также привели к более широкому буму на мясо и молочные продукты в Австралазии и Южной Америке. JE Hall из Дартфорд, Англия оснастил «SS Selembria» системой сжатия пара, чтобы доставить 30 000 туш баранины с Фолклендских островов. в 1886 году. В последующие годы отрасль быстро расширилась до Австралии, Аргентины и Соединенных Штатов.
К 1890-м годам охлаждение играло жизненно важную роль в распределении продуктов питания. В 1880-х годах мясная промышленность в значительной степени полагалась на натуральный лед и продолжала полагаться на искусственный лед, когда эти технологии стали доступными. К 1900 году мясокомбинаты Чикаго перешли на коммерческое охлаждение с аммиачным циклом. К 1914 году почти во всех местах использовалось искусственное охлаждение. основные упаковщики мяса, Armor, Swift и Wilson, приобрели самые дорогие устройства, которые они установили в вагонах поездов, а также в филиалах и складских помещениях в более отдаленных районах распределения.
К середине 20 века холодильные агрегаты предназначались для установки на грузовые автомобили или грузовые автомобили. Рефрижераторы используются для перевозки скоропортящихся продуктов, таких как замороженные продукты, фрукты и овощи, а также химикаты, чувствительные к температуре. Большинство современных холодильников поддерживают температуру от –40 до –20 ° C и имеют максимальную полезную нагрузку около 24 000 кг брутто (в Европе).
Хотя коммерческое охлаждение быстро прогрессировало, у него были ограничения, которые не позволяли ему переместиться в домашнее хозяйство. Во-первых, большинство холодильников были слишком большими. Некоторые из коммерческих единиц, использовавшихся в 1910 году, весили от пяти до двухсот тонн. Во-вторых, коммерческие холодильники были дорогими в производстве, покупке и обслуживании. Наконец, эти холодильники были небезопасными. Коммерческие холодильники нередко загорались, взрывались или выделяли токсичные газы. Холодильное оборудование не стало бытовой технологией, пока не были преодолены эти три проблемы.
Ранний пример ориентации на потребителя механического охлаждения, начавшейся в начале 20 века. хладагентом был диоксид серы.
Современный домашний холодильник В начале 1800-х годов потребители сохраняли свои продукты,храня продукты и лед, приобретенные у ледяных комбайнов, в морозильных камерах. В 1803 году Томас Мур запатентовал ванну для хранения масла с металлической подкладкой, которая стала прототипом для холодильников. Эти морозильные камеры использовались почти до 1910 года, и технология не развивалась. Фактически, пользователи, которые использовали морозильную камеру в 1910 году, столкнулись с той же проблемой - заплесневелой и вонючей морозильной камерой, которые испытывали нагрузку в начале 1800-х годов.
General Electric (GE) была одной из первых компаний, преодолевших эти проблемы. В 1911 году GE выпустила бытовой холодильный агрегат, работающий на газе. Благодаря использованию электродвигателя газа отпала необходимость в двигателе компрессора и уменьшились размеры холодильника. GE, не получили выгоды от газовой установки. Таким образом, GE инвестировала в электрической модели. В 1927 году GE выпустила Monitor Top, первый холодильник, работающий на электричестве.
В 1930 году Frigidaire, один из основных конкурентов GE, синтезировал фреон. С изобретением синтетических хладагентов, в основном на основе хлорфторуглерода (CFC), стали возможны безопасные холодильники для домашнего и бытового использования. Фреон привел к разработке меньших, более легких и дешевых холодильников. Средняя цена холодильника снизилась с 275 до 154 долларов за счет синтеза фреона. Эта более низкая цена позволила владельцам холодильников в американских домах 50%. Фреон является товарным знаком DuPont Corporation и относится к этим хладагентам CFC, а затем хладагентам с гидрохлорфторуглеродом (HCFC) и гидрофторуглеродом (HFC), разработанным в конце 1920-х годов. В то время эти хладагенты считались менее вредными, чем обычно использовались хладагенты того времени, включая метилформиат, аммиак, хлористый метил и диоксид серы. Намерение состояло в том, чтобы предоставить безопасное холодильное оборудование для домашнего использования. Эти хладагенты CFC отвечали этой потребности. В 1970-х годах было обнаружено, что соединение вступает в реакцию с атмосферным озоном, что является защитой от солнечного ультрафиолетового излучения, и их использование в качестве хладагента во всем мире было ограничено Монреальским протоколом 1987 года.
В прошлом веке охлаждение привело к появлению новых моделей поселений. Эта новая технология позволила заселить новые районы, которые не находятся на естественном транспортном пути, как река, долина или гавань, которые могут быть лишены возможности заселиться. Охлаждение дало возможность ранним поселенцам расширяться на запад и в сельские районы, которые были безлюдными. Эти новые поселенцы с богатой и нетронутой почвой увидели возможность получения прибыли, отправляя сырье в восточные города и штаты. В 20-м веке холодильного оборудования сделало возможными такие «галактические города», как Даллас, Феникс и Лос-Анджелес.
Вагоны-рефрижераторы (фургон-рефрижератор или вагон-рефрижератор ), наряду с плотной сеткой железных дорог, стали очень важными связь между рынком и фермой, позволяющая использовать национальные возможности, а не только региональные. До изобретения вагона-рефрижератора перевозить скоропортящиеся продукты на большие расстояния было невозможно. Промышленность по упаковке говядины первой подтолкнула спрос на холодильные машины. Железнодорожные компании не спешили внедрять это новое изобретение из-за больших инвестиций в вагоны для скота, скотные дворы и откормочные площадки. Вагоны-рефрижераторы также были сложными и дорогостоящими по сравнению с другими железнодорожными вагонами, что также замедлило внедрение вагонов-рефрижераторов. После медленного внедрения рефрижераторных вагонов индустрия упаковкиядины доминировала в сфере рефрижераторных вагонов способности контролировать производство льда и установить плату за обледенение. По статистике сельского хозяйства США, в 1916 году более шестидесяти девяти процентов поголовья крупного скота в стране приходилось на растения, участвовавшие в межгосударственной торговле. Те же компании, которые также занимались торговлей мясом, позже внедрили рефрижераторный транспорт для перевозки овощей и фруктов. Компании по упаковке мяса имеют большую часть дорогостоящего оборудования, такие как вагоны-рефрижераторы и холодильные склады, которые позволяют им эффективно распространять все виды скоропортящихся продуктов. Во время Первой мировой войны администрацией Соединенных Штатов был создан национальный парк рефрижераторных автомобилей для решения проблемы простаивающих автомобилей, который был продолжен после войны. Проблема простаивающих автомобилей заключалась в том, что рефрижераторы бессмысленно сидели между сезонными сборами урожая. Это означало, что очень дорогие простояли на железнодорожных станциях автомобили большую часть года, не принося дохода владельцу автомобиля. Автомобильный парк представляет собой систему, которая предназначена для использования в сельскохозяйственных целях. Вагоны-рефрижераторы двинулись на восток из виноградников, садов, полей и садов в западных штатах, чтобы удовлетворить потребности американского потребительского рынка на востоке. Рефрижератор позволяет перевозить скоропортящиеся культуры на сотни и даже тысячи километров или миль. Самый заметный эффект от автомобиля - это региональная специализация на овощах и фруктах. Вагон-рефрижератор широко использовался для перевозки скоропортящихся продуктов до 1950-х годов. К 1960-м годам система автомагистралей между штатами была полностью завершена, что позволяло грузовикам перевозить большую часть скоропортящихся продуктов питания и вытеснять старую систему рефрижераторных вагонов.
Широкое использование холодильного оборудования разрешено в Штатах открыть огромное количество новых возможностей. Новые рынки возникли по всей территории Соединенных Штатов Америки, которые ранее были необитаемыми и удаленными от густонаселенных зон. Новые возможности для ведения сельского хозяйства представились в районах, которые считались сельскими, например, в штатах на юге и западе. Крупномасштабные поставки с юга и из Калифорнии были осуществлены примерно в одно и то же время, хотя естественный лед использовался с гор Сьерры в Калифорнии, а не производился на юге. Холодильное оборудование многим специализироваться на выращивании фруктов. Калифорния специализировалась на выращивании фруктов несколько, винограда, персиков, груш, слив и яблок, а Калифорния именно своими персиками. В Калифорнии принятие рефрижераторных вагонов привело к увеличению количества вагонов с 4500 вагонов в 1895 году до 8-10 тысяч в 1905 году. Страны Персидского залива, Арканзас, Миссури и Теннесси начали крупномасштабное производство клубники, в то время как Миссисипи стала центром томатной промышленности. Нью-Мексико, Колорадо, Аризона и Невада выращивали дыни. Без охлаждения это было бы невозможно. К 1917 году хорошо развитые фруктовые и овощные районы, расположенные от восточных рынков. Охлаждение не ограничивалось мясом, фруктами и овощами, но также охватывало молочные продукты и молочные фермы. В начале двадцатого века крупные города восходящие молочные продукты с ферм на расстоянии 640 километров (400 миль). Молочные продукты не так легко перевозить на большие расстояния, как фрукты и овощи, из-за их большей скоропортимости. Холодильное производство сделало возможное производство на западе, вдали от восточных рынков. Холодильное оборудование и рефрижераторные рельсы открыли возможности для территорий с богатой почвой вдали от естественных транспортных путей, таких как реки, долины или гавани.
«Краевой город» был введен Джоэлем Гарро, тогда как термин «галактический город» был придуман Льюисом Мамфордом. Эти термины к концентрации центрального района, покупатели и развлечения за пределами традиционного центра города или делового района в том, что ранее было жилым или сельским районом. Росту этих городов способствовали несколько факторов, такие как Лос-Анджелес, Лас-Вегас, Хьюстон и Феникс. Факторы, которые способствуют развитию этих больших, включающих надежные автомобили, системы шоссе, охлаждение и рост сельскохозяйственного производства. Эти города, указанные выше, не являются редкостью в истории, но то, что отличает эти города от других, состоит в том, что эти города расположены не вдоль какого-то естественного транспортного канала. тропа, гавань., гора, река или долина. Эти большие города были созданы в районах, которые были непригодны для проживания. Без экономичного метода охлаждения воздуха и транспортировки воды и продуктов питания на большие расстояния эти большие города никогда бы не развивались. На быстрый рост этих городов повлияло охлаждение и повышение производительности сельского хозяйства, что позволяет более удаленным фермам эффективно прокормить население.
Сельское хозяйство в развитых странах имеет кардинально изменились в прошлом из многих факторов, в том числе охлаждения. Статистические данные переписи 2007 года дают информацию о большой производительности сельскохозяйственной, поступающей от небольшой части продукции в коммерческих целях сегодня. Это частичный результат производителя замороженного мясомолка в результате первой успешной поставки замороженных туш овец из Новой Зеландии в 1880-х годах. По мере того, как рынок продолжал расти, начали правила обработки и качества пищевых продуктов. В конце концов, электричество было введено в сельские дома в США, продолжить распространение холодильных технологий на фермах, увеличивая производительность на человека. Сегодня использование на ферме снижает уровень холодильного оборудования, предотвращает рост бактерий и способствует сохранению.
Внедрение холодильного оборудования и развитие дополнительных технологий коренным образом изменили сельское хозяйство в США. В начале 20 века сельское хозяйство было обычным занятием и образом жизни для граждан США. В 1935 году в США насчитывалось 6,8 миллиона ферм с населением 127 миллионов человек. Тем не менее, в то время население Соединенных Штатов продолжает расти, количество граждан, занимающихся сельским хозяйством, продолжает сокращаться. Согласно переписи населения США 2007 года, менее одного процента населения в 310 миллионов человек сегодня считают сельское хозяйство своим занятием. Однако рост населения привел к увеличению сельскохозяйственной продукции, удовлетворяется за счет большего разнообразия сельскохозяйственных культур, удобрений, пестицидов и усовершенствованных технологий. Ускоренная технология снизила риски, необходимое для управления сельским хозяйством, и позволяет увеличить производство на душу населения для потребителей общества.
До 1882 года Южный остров в Новой Зеландии экспериментировал с посевом трав и скрещиванием овец, что сразу же дало их фермерам экономический потенциал в экспорте мяса. В 1882 году первая удачная партия туш овец была отправлена из Порт-Чалмерс в Данидине, Новая Зеландия, в Лондон. К 1890-м годам торговля замороженным мясом становилась все более прибыльной в Новой Зеландии, особенно в Кентербери, откуда в 1900 году приходилось 50% экспортированных туш овец. Вскоре кентерберийское мясо стало известно благодаря высочайшее качество, что создает спрос на новозеландское мясо во всем мире. Чтобы удовлетворить этот новый спрос, фермеры улучшили свои корма, чтобы овцы были готовы к убою всего за семь месяцев. Этот новый метод доставки привел к экономическому буму в Новой Зеландии к середине 1890-х годов.
В Соединенных Штатах в 1891 году был принят Закон об инспекции мяса 1891 года, потому что местные мясники почувствовали, что вагон-рефрижератор система была нездоровой. Когда упаковка мяса начала набирать популярность, потребители стали нервничать по поводу качества мяса для потребления. Роман Аптона Синклера 1906 года Джунгли привлек негативное внимание к индустрии упаковки мяса, обращая внимание на антисанитарные условия труда и обработку больных животных. Книга привлекла внимание президента Теодора Рузвельта, и Закон об инспекции мяса 1906 года был введен в действие как поправка к Закону об инспекции мяса 1891 года. Этот новый закон был сосредоточен на качестве мяса и окружающей среды, в которой оно перерабатывается.
В начале 1930-х годов 90 процентов городского населения США имели электричество по сравнению с 10 процентами сельских домов. В то время энергетические компании не считали, что распространение электроэнергии на сельские районы (электрификация сельской местности ) принесет достаточно прибыли, чтобы окупить затраты. Однако в разгар Великой депрессии президент Франклин Д. Рузвельт осознал, что сельские районы будут по-прежнему отставать от городских в плане бедности и производства, если они не будут электрически подключены. 11 мая 1935 года президент подписал указ под названием «Управление электрификации сельских районов», также известное как REA. Агентство предоставило кредиты для финансирования электроэнергетической инфраструктуры в сельской местности. Всего за несколько лет 300 000 человек в сельских районах Соединенных Штатов получили электроэнергию в своих домах.
Хотя электричество значительно улучшило условия труда на фермах, оно также оказало большое влияние на безопасность производства продуктов питания. Системы охлаждения были внедрены в процессы земледелия и распределения продуктов, что помогло в сохранении продуктов и сохранении запасов продуктов питания. Холодильное оборудование также позволило производить скоропортящиеся товары, которые затем можно было отправлять по всей территории Соединенных Штатов. В результате фермеры США быстро стали самыми производительными в мире, и возникли совершенно новые продовольственные системы.
Чтобы снизить уровень влажности и порчу из-за роста бактерий, в настоящее время в сельском хозяйстве используется охлаждение для переработки мяса, продуктов и молочных продуктов. Холодильные системы наиболее тяжело используются в теплые месяцы для сельскохозяйственных продуктов, которые необходимо охладить как можно скорее, чтобы соответствовать стандартам качества и продлить срок хранения. Между тем, молочные фермы охлаждают молоко круглый год, чтобы избежать порчи.
В конце 19 века и в самом начале 20 века, за исключением основных продуктов питания (сахар, рис, и бобы), которые не нуждались в охлаждении, на доступные продукты сильно повлияли времена года и то, что можно было выращивать на месте. Охлаждение сняло эти ограничения. Холодильное оборудование сыграло большую роль в осуществимости, а затем и в популярности современного супермаркета. Фрукты и овощи вне сезона или выращенные в отдаленных местах теперь доступны по относительно низким ценам. Холодильники привели к огромному увеличению доли мясных и молочных продуктов в общем объеме продаж супермаркетов. Помимо изменения товаров, приобретаемых на рынке, возможность хранить эти продукты в течение продолжительных периодов времени привела к увеличению количества свободного времени. До появления бытовых холодильников людям приходилось ежедневно делать покупки в магазинах, необходимых для еды.
Внедрение холодильного оборудования позволило гигиенически обрабатывать и хранить скоропортящиеся продукты, что способствовало росту, потреблению и доступности питания. Изменение нашего метода хранения продуктов питания отодвинуло нас от солей к более контролируемому уровню. Возможность увеличения потребления молочных продуктов на 1,7% и общего потребления белка на 1,25% ежегодно в США после 1890-х гг.
Люди потребляли эти скоропортящиеся продукты не только потому, что им стало легче хранить их, но благодаря инновациям в области транспортировки и хранения в холодильнике привело к уменьшению порчи и отходов. На охлаждение приходится не менее 5,1% увеличения роста взрослого человека (в США) за счет улучшения питания, связанных с улучшением качества питательных веществ и снижением заболеваемости, общего воздействия становится значительным. больше. Недавние исследования также показали отрицательную взаимосвязь между холодильников в домашнем хозяйстве и уровнем смертности от рака желудка.
Вероятно, наиболее широко используемыми в настоящее время применениями охлаждения являются для кондиционирования воздуха частных частных и общественных зданий, а также для охлаждения продуктов питания в домах, ресторанах и крупных складских помещениях. Использование холодильников и морозильных камер на кухнех, фабриках и складах для хранения и переработки овощей и овощей, чтобы круглый год добавить свежие салаты в современный рацион и хранить рыбу и мясо в течение длительного времени. периоды. Оптимальный диапазон температуры для хранения скоропортящихся продуктов составляет от 3 до 5 ° C (от 37 до 41 ° F).
Холодильное оборудование находит множество применений в торговле и производстве. Охлаждение используется для сжижения газов - например, кислород, азот, пропана и метана. При очистке сжатого воздуха он используется для конденсации водяного пара из сжатого воздуха с уменьшением его воздействия. На нефтеперерабатывающих заводх, химических заводх и нефтехимических заводах охлаждение используется для поддержания определенных процессов при им низких температурах (например, в алкилировании из бутенов и бутана для получения бензинового компонента с высоким октановым числом ). Металлисты используют охлаждение для закалки стали и столовых приборов. При транспортировке чувствительных к температуре продуктов питания и других материалов грузовиками, поездами, самолетами и морскими судами охлаждение является необходимостью.
Молочные продукты постоянно нуждаются в охлаждении, и только в последние несколько десятилетий было обнаружено, что яйца необходимо хранить в холодильнике во время транспортировки, а не ждать, пока они будут охлаждены после прибытия в продуктовый магазин. Мясо, птица и рыба перед продажей должны храниться в условиях контролируемого климата. Кроме того, охлаждение помогает дольше сохранять фрукты и овощи съедобными.
Одним из самых влиятельных применений охлаждения стало развитие индустрии суши / сашими в Японии. До открытия охлаждения многие ценители суши подвергались риску заразиться болезнями. Опасности неохлажденных сашими не выявлялись в течение десятилетий из-за отсутствия исследований и распространения медицинских услуг в сельских районах Японии. Примерно в середине века корпорация Zojirushi, базирующаяся в Киото, совершила прорыв в дизайне холодильников, сделав холодильники более дешевыми и доступными для владельцев ресторанов и широкой публики.
Методы охлаждения можно разделить на нециклические, циклические, термоэлектрические и магнитные.
Этот метод охлаждения охлаждает замкнутое пространство путем таяния льда или сублимации сухого льда. Пожалуй, самый простой пример - переносной кулер, куда кладут предметы, а потом заливают льдом. Обычный лед может поддерживать температуру около точки замерзания, но не ниже ее, если только соль не используется для дальнейшего охлаждения льда (как в традиционном мороженице ). Сухой лед может надежно снизить температуру ниже точки замерзания воды.
Он состоит из цикла охлаждения, в котором тепло отводится из низкотемпературного помещения или источника и отводится в высокотемпературный сток с помощью внешней работы, а его наоборот, термодинамический энергетический цикл. В энергетическом цикле тепло подается от высокотемпературного источника к двигателю, причем часть тепла используется для работы, а остальная часть отводится в низкотемпературный сток. Это удовлетворяет второму закону термодинамики.
. Холодильный цикл описывает изменения, которые происходят в хладагенте, поскольку он попеременно поглощает и отводит тепло при его циркуляции через холодильник. Он также применяется к отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха HVACR при описании «процесса» потока хладагента через блок HVACR, будь то блочная или сплит-система.
Тепло естественно перетекает от горячего к холодному. Работа применяется для охлаждения жилого помещения или складского помещения путем перекачки тепла от источника тепла с более низкой температурой в радиатор с более высокой температурой. Изоляция используется для уменьшения работы и энергии, необходимых для достижения и поддержания более низкой температуры в охлаждаемом помещении. Принцип работы холодильного цикла был математически описан Сади Карно в 1824 году как тепловой двигатель.
. Наиболее распространенные типы холодильных систем используют парокомпрессионное охлаждение с обратным методом Ренкина . цикл, хотя абсорбционные тепловые насосы используются в меньшем количестве приложений.
Циклическое охлаждение можно классифицировать как:
Паро-цикл охлаждения можно дополнительно классифицировать как:
Рис. 1: Парокомпрессионное охлаждение 
Рис. 2: Температурно-энтропийная диаграмма Используется парокомпрессионный цикл в большинстве бытовых холодильников, а также во многих крупных коммерческих системах. На рисунке 1 представлена принципиальная схема компонентов типичной парокомпрессионной холодильной системы.
термодинамика цикла может быть проанализирована на диаграмме, показанной на рисунке 2. В этом цикле циркулирующий хладагент, такой как фреон, поступает в компрессор в виде пара. От точки 1 до точки 2 пар сжимается с постоянной энтропией и выходит из компрессора в виде пара с более высокой температурой, но все же ниже давления пара при этой температуре. Из точки 2 в точку 3 и далее в точку 4 пар проходит через конденсатор , который охлаждает пар до тех пор, пока он не начинает конденсироваться, а затем конденсирует пар в жидкость, отводя дополнительное тепло при постоянном давлении и температуре.. Между точками 4 и 5 жидкий хладагент проходит через расширительный клапан (также называемый дроссельным клапаном), где его давление резко падает, вызывая мгновенное испарение и автоохлаждение, как правило, меньше половины жидкости.
В результате получается смесь жидкости и пара при более низких температуре и давлении, как показано в пункте 5. Затем холодная парожидкостная смесь проходит через змеевик или трубы испарителя и полностью испаряется при охлаждении теплого воздуха. (из охлаждаемого помещения) обдувается вентилятором через змеевик или трубы испарителя. Образующийся пар хладагента возвращается на вход компрессора в точке 1 для завершения термодинамического цикла.
Вышеупомянутое обсуждение основано на идеальном парокомпрессионном холодильном цикле и не принимает во внимание реальные эффекты, такие как падение давления на трение в системе, небольшая термодинамическая необратимость во время сжатия. паров хладагента или неидеального газа, если таковые имеются. Парокомпрессионные холодильники могут быть организованы в две ступени в каскадных холодильных системах, при этом вторая ступень охлаждает конденсатор первой ступени. Это можно использовать для достижения очень низких температур.
Дополнительная информация о конструкции и характеристиках парокомпрессионных холодильных систем доступна в классическом Справочнике инженеров-химиков Perry.
В первые годы двадцатого века цикл поглощения пара с использованием водно-аммиачных систем или LiBr воды был популярен и широко использовался. После разработки цикла сжатия пара цикл поглощения пара потерял большую часть своей важности из-за его низкого коэффициента полезного действия (примерно одна пятая от такового цикла сжатия пара). Сегодня цикл абсорбции пара используется в основном там, где есть топливо для отопления, но нет электричества, например, в транспортных средствах для отдыха, которые перевозят сжиженный газ. Он также используется в промышленных условиях, где избыточное количество отработанного тепла преодолевает его неэффективность.
Цикл абсорбции аналогичен циклу сжатия, за исключением метода повышения давления пара хладагента. В абсорбционной системе компрессор заменен абсорбером, который растворяет хладагент в подходящей жидкости, жидкостным насосом, который повышает давление, и генератором, который при добавлении тепла отводит пары хладагента из жидкости под высоким давлением. Жидкостному насосу требуется некоторая работа, но для данного количества хладагента она намного меньше, чем требуется компрессору в цикле сжатия пара. В абсорбционном холодильнике используется подходящая комбинация хладагента и абсорбента. Наиболее распространены комбинации аммиака (хладагент) с водой (абсорбент) и воды (хладагент) с бромидом лития (абсорбент).
Основное отличие цикла абсорбции заключается в том, что в цикле адсорбции хладагентом (адсорбатом) может быть аммиак, вода, метанол и т. Д., В то время как адсорбент представляет собой твердое вещество, такое как силиконовый гель, активированный уголь или цеолит, в отличие от цикла абсорбции, где абсорбент является жидкостью.
Причина, по которой технология адсорбционного охлаждения широко исследуется в последние 30 лет, заключается в том, что работа системы адсорбционного охлаждения часто бесшумна, не вызывает коррозии и не наносит вреда окружающей среде.
Когда рабочая жидкость представляет собой газ, который сжимается и расширяется, но не меняет фазы, цикл охлаждения называется газовым циклом. Воздух чаще всего является этой рабочей жидкостью. Поскольку в газовом цикле не предусмотрены конденсация и испарение, компоненты, соответствующие конденсатору и испарителю в цикле сжатия пара, представляют собой теплообменники горячего и холодного газа в газовых циклах.
Газовый цикл менее эффективен, чем цикл сжатия пара, поскольку газовый цикл работает по обратному циклу Брайтона вместо обратного цикла Ренкина. Таким образом, рабочая жидкость не получает и не отводит тепло при постоянной температуре. В газовом цикле охлаждающий эффект равен произведению удельной теплоемкости газа и повышения температуры газа на стороне низких температур. Следовательно, при одинаковой охлаждающей нагрузке цикл охлаждения газа требует большого массового расхода и является громоздким.
Из-за более низкой эффективности и большего размера охладители с воздушным циклом в настоящее время не часто используются в наземных охлаждающих устройствах. Однако машина с воздушным циклом очень распространена на газотурбинных реактивных двигателях самолетах в качестве охлаждающих и вентиляционных устройств, поскольку сжатый воздух легко доступен из двигателей » компрессорные секции. Такие агрегаты также служат для создания избыточного давления в самолете.
Термоэлектрическое охлаждение использует эффект Пельтье для создания теплового потока между стыком двух типов материалов. Этот эффект обычно используется в кемпинговых и портативных холодильниках, а также для охлаждения электронных компонентов и небольших инструментов. Охладители Пельтье часто используются там, где традиционный холодильник с парокомпрессионным циклом был бы непрактичным или занимал бы слишком много места, а также в охлаждаемых датчиках изображения в качестве простого, компактного и легкого, если неэффективного, способа достижения очень низких температур с использованием двух или более ступенчатые охладители Пельтье, расположенные в конфигурации каскадное охлаждение, что означает, что 2 или более элемента Пельтье устанавливаются друг на друга, причем каждая ступень больше, чем предыдущая, чтобы отводить больше тепла и отходов тепло, выделяемое на предыдущих этапах. Охлаждение Пельтье имеет только 1/4 эффективности цикла сжатия пара, поэтому оно не извлекает столько тепла, выделяет больше отходящего тепла (тепла, генерируемого элементом Пельтье или охлаждающим механизмом) и потребляет больше энергии для данной охлаждающей способности.
Магнитное охлаждение или адиабатическое размагничивание - это технология охлаждения, основанная на магнитокалорическом эффекте, внутреннем свойстве магнитных тел. Хладагент часто представляет собой парамагнитную соль, такую как церий магний нитрат. Активные магнитные диполи в данном случае являются диполями электронных оболочек парамагнитных атомов.
К хладагенту прикладывают сильное магнитное поле, вынуждая его различные магнитные диполи выравниваться и переводя эти степени свободы хладагента в состояние пониженной энтропии. Затем радиатор поглощает тепло, выделяемое хладагентом из-за потери энтропии. В этом случае тепловой контакт с радиатором нарушается, и система становится изолированной, а магнитное поле отключается. Это увеличивает теплоемкость хладагента, тем самым снижая его температуру ниже температуры радиатора.
Поскольку некоторые материалы проявляют необходимые свойства при комнатной температуре, их применение до сих пор ограничивалось криогеникой и исследованиями.
Другие методы охлаждения включают машину с воздушным циклом, используемую в самолетах; вихревую трубку, используемую для точечного охлаждения при наличии сжатого воздуха; и термоакустическое охлаждение с использованием звуковых волн в сжатом газе для передачи тепла и теплообмена; пароструйное охлаждение, популярное в начале 1930-х годов для кондиционирования воздуха в больших зданиях; термоупругое охлаждение с использованием интеллектуального металлического сплава для растяжения и расслабления. Многие тепловые двигатели цикла Стирлинга могут работать в обратном направлении, чтобы действовать как холодильник, и поэтому эти двигатели имеют нишевое применение в криогенике. Кроме того, существуют другие типы криохладителей, такие как охладители Gifford-McMahon, охладители Джоуля-Томсона, холодильники с пульсационной трубкой и, для температур от 2 мК до 500 мК, холодильники с разбавлением.
Другой потенциальный метод твердотельного охлаждения и относительно новая область исследований проистекает из особого свойства сверхэластичных материалов. Эти материалы претерпевают изменение температуры при воздействии приложенного механического напряжения (так называемый эластокалорический эффект). Поскольку сверхэластичные материалы обратимо деформируются при высоких деформациях, материал испытывает сплющенную упругую область на его кривой напряжения-деформации, вызванную результирующим фазовым превращением из аустенитная в мартенситную кристаллическую фазу.
Когда сверхэластичный материал испытывает напряжение в аустенитной фазе, он претерпевает экзотермическое фазовое превращение в мартенситную фазу, что вызывает нагрев материала. Удаление напряжения обращает процесс, восстанавливает материал до его аустенитной фазы, и поглощает тепло из окружающей среды, охлаждая материал.
Самая привлекательная часть этого исследования - насколько эта технология охлаждения потенциально энергоэффективна и безвредна для окружающей среды. Используемые различные материалы, обычно сплавы с памятью формы, обеспечивают нетоксичный источник охлаждения без выбросов. Наиболее часто изучаемыми материалами являются сплавы с памятью формы, такие как нитинол и Cu-Zn-Al. Нитинол является одним из наиболее перспективных сплавов с теплоотдачей около 66 Дж / см и изменением температуры около 16–20 К. Из-за сложности производства некоторых сплавов с памятью формы используются альтернативные материалы, такие как натуральный каучук были изучены. Несмотря на то, что резина может не выделять столько тепла на объем (12 Дж / см), как сплавы с памятью формы, она по-прежнему вызывает сравнимое изменение температуры примерно на 12 К и работает в подходящем температурном диапазоне, низких напряжениях и низкой стоимости.
Однако основная проблема возникает из-за потенциальных потерь энергии в виде гистерезиса, часто связанных с этим процессом. Поскольку большая часть этих потерь возникает из-за несовместимости двух фаз, необходима правильная настройка сплава, чтобы уменьшить потери и повысить обратимость и эффективность. Уравновешивание деформации трансформации материала с потерями энергии позволяет получить большой эластокалорический эффект и потенциально является новой альтернативой для охлаждения.
Метод Fridge Gate - теоретическое применение использования единый логический вентиль для управления холодильником наиболее энергоэффективным способом без нарушения законов термодинамики. Он работает на том факте, что существует два энергетических состояния, в которых может существовать частица: основное состояние и возбужденное состояние. Возбужденное состояние несет немного больше энергии, чем основное состояние, достаточно маленькое, чтобы переход произошел с большой вероятностью. С дверцей холодильника связаны три компонента или типа частиц. Первый находится внутри холодильника, второй - снаружи, а третий подключен к источнику питания, который время от времени нагревается настолько, что может достичь состояния E и пополнить источник. На этапе охлаждения внутри холодильника частица g-состояния поглощает энергию окружающих частиц, охлаждая их и сама переходит в состояние e. На втором этапе снаружи холодильника, где частицы также находятся в состоянии e, частица переходит в состояние g, высвобождая энергию и нагревая внешние частицы. На третьем и последнем этапе источник питания перемещает частицу в состояние e, а когда она падает в состояние g, он вызывает энергетически нейтральный обмен, при котором внутренняя e-частица заменяется новой g-частицей, перезапуская цикл.
Исследователи Массачусетского технологического института разработали новый способ обеспечения охлаждения в жаркий солнечный день с использованием недорогих материалов и без использования энергии, вырабатываемой ископаемым топливом. Пассивная система, которую можно использовать в качестве дополнения к другим системам охлаждения для хранения продуктов питания и медикаментов в горячих, автономных местах, по сути, представляет собой высокотехнологичную версию зонтика от солнца.
Холодопроизводительность холодильной системы является произведением испарителей 'повышения энтальпии и массового расхода испарителей. Измеренная холодопроизводительность часто измеряется в кВт или БТЕ / ч. Бытовые и коммерческие холодильники могут быть рассчитаны на охлаждение в кДж / с или БТЕ / ч. Для коммерческих и промышленных холодильных систем, киловатт (кВт) является базовой единицей охлаждения, за исключением Северной Америки, где и тонна охлаждения, и БТЕ / h используются.
КПД (CoP) холодильной системы очень важен для определения общей эффективности системы. Он определяется как холодопроизводительность в кВт, деленная на потребляемую энергию в кВт. Хотя CoP - это очень простой способ измерения производительности, он обычно не используется для промышленного охлаждения в Северной Америке. Владельцы и производители этих систем обычно используют коэффициент полезного действия (PF). Коэффициент мощности системы определяется как потребляемая системой энергия в лошадиных силах, деленная на ее холодопроизводительность в TR. И CoP, и PF могут применяться как ко всей системе, так и к системным компонентам. Например, индивидуальный компрессор может быть оценен путем сравнения энергии, необходимой для работы компрессора, с ожидаемой холодопроизводительностью на основе входящего объемного расхода. Важно отметить, что и CoP, и PF для холодильной системы определены только для определенных рабочих условий, включая температуры и тепловые нагрузки. Уход от указанных условий эксплуатации может резко изменить производительность системы.
В системах кондиционирования воздуха, используемых в жилых помещениях, обычно используется SEER (коэффициент сезонной энергоэффективности) для оценки энергетической эффективности. В системах кондиционирования воздуха для коммерческого применения часто используются EER (коэффициент энергоэффективности ) и IEER (интегрированный коэффициент энергоэффективности) для оценки эффективности использования энергии.
