Жылуды басқару және салқындату процесінің тарихы

Жаңа технологиялармен тоңазыту: салқындату, температураны төмендету, жылуды ауыстыру және оның қолданылу аймақтары туралы толық ақпарат.

31 мин оқу

100%

Дереккөз: Refrigeration — Wikipedia

Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.

Мазмұны

Кіріспе

Жылуды бір жерден екінші жерге бақылаулы түрде тасымалдау процесі

Тоңазыту – кеңістік, зат немесе жүйені төмендету және/немесе температурасын қоршаған ортадан төмен ұстау үшін салқындатудың түрлі тәсілдерінің бірі (ал алынған жылу жоғары температуралы жерге шығарылады). Тоңазыту – жасанды, яғни адам жасаған салқындату әдісі. Энергияны беру жұмысы дәстүрлі түрде механикалық құралдармен (мұз немесе электромеханикалық машиналар) жүзеге асырылады, бірақ оны жылу, магнетизм, электр энергиясы, лазер немесе басқа да тәсілдермен де іске қосуға болады. Тоңазытутың көптеген қолданыс салалары бар, оның ішінде тұрмыстық тоңазытқыштар, өнеркәсіптік мұздатқыштар, криогеника және кондиционерлер. Жылу сорғылары тоңазыту процесінен шығатын жылуды пайдалана алады, сондай-ақ кері айналдырылатын режимде жұмыс істеуге мүмкіндігі бар, бірақ басқа жағынан кондиционерлерге ұқсас. Тамақты сақтау туралы идея адамзат тарихына дейінгі дәуірге дейін жетеді, бірақ мыңдаған жылдар бойы адамдар оны сақтаудың тиімді тәсілдерін білмеді. Олар тұздау және кептіру арқылы сақтауға тырысты, үңгірлердегі, жер астындағы және қысқы ауа райындағы табиғи салқындатудан пайдаланды, бірақ басқа салқындату құралдары болған жоқ. 19 ғасырда олар мұз саудасын пайдаланып, суық тізбектерді құруға кірісті. 19 ғасырдың соңынан 20 ғасырдың ортасына дейін механикалық тоңазыту дамыды, жетілдірілді және кеңінен қолданыла бастады. Азық-түлік көздерінің көбеюі ауылшаруашылық өнімдерін сатудың үлкен бөлігі шағын фермалардан түсетін болды. Бүгінгі фермалар 1800 жылдардың соңына қарағанда бір адамға шаққанда әлдеқайда көп өнім береді. Осы кезеңдегі қытайлық әндер жинағы "Слеапинг" мұздықтарды толтыру және босатумен байланысты діни рәсімдерді сипаттайды. Алайда, осы мұздықтардың құрылысы мен мақсаты туралы көп мәлімет жоқ. Мұз жинауды жазған алғашқы ежелгі қоғам еврейлер болуы мүмкін, "Нақыл сөздер" кітабында: "Егін кезінде қардың суығындай, адал елші оны жібергендерге сондай". Тарихшылар бұл сөздерді еврейлер тамақты сақтау үшін емес, сусынды салқындату үшін мұзды қолданған деген тұжырымға келді. Гректер мен римдіктер сияқты басқа ежелгі мәдениеттер суық сақтау үшін шөп, сабан немесе ағаш бұтақтарымен оқшауланған үлкен қар шұңқырларын қазып алды. Еврейлер сияқты гректер мен римдіктер мұз бен қарды тамақты сақтау үшін емес, негізінен сусынды салқындату үшін пайдаланды. Мысырлықтар түнде үйлерінің төбесіндегі ыдыстарда суды булап салқындатты. Ежелгі Үндістан халқы мұз өндіру үшін осы әдісті қолданды. Перстер мұзды "Яхчал" деп аталатын шұңқырға сақтады және олар азық-түлікті сақтау үшін мұзды сақтауды қолданған алғашқы халықтардың бірі болуы мүмкін. Австралияның шөлді аймақтарында сенімді электр энергиясы қолжетімді болғанға дейін көптеген фермерлер "Куолгарди сейфін" пайдаланды, ол суға батырылған матадан (хессиан) ілінген перделері бар бөлмеден тұрды. Су буланып, бөлмені салқындататын, соның арқасында жеміс-жидек, май және тұздалған ет сияқты көптеген тез бұзылатын тағамдарды сақтауға мүмкіндік берді.

Refrigeration is any of various types of cooling of a space, substance, or system to lower and/or maintain its temperature below the ambient one (while the removed heat is ejected to a place of higher temperature). Refrigeration is an artificial, or human made, cooling method. This work of energy transfer is traditionally driven by mechanical means (whether ice or electromechanical machines), but it can also be driven by heat, magnetism, electricity, laser, or other means. Refrigeration has many applications, including household refrigerators, industrial freezers, cryogenics, and air conditioning. Heat pumps may use the heat output of the refrigeration process, and also may be designed to be reversible, but are otherwise similar to air conditioning units. The idea of preserving food dates back to human prehistory, but for thousands of years humans were limited regarding the means of doing so. They used curing via salting and drying, and they made use of natural coolness in caves, root cellars, and winter weather, but other means of cooling were unavailable. In the 19th century, they began to make use of the ice trade to develop cold chains. In the late 19th through mid 20th centuries, mechanical refrigeration was developed, improved, and greatly expanded in its reach. The increase in food sources has led to a larger concentration of agricultural sales coming from a smaller percentage of farms. Farms today have a much larger output per person in comparison to the late 1800s. A Chinese collection of lyrics from this time period known as the Sleaping, describes religious ceremonies for filling and emptying ice cellars. However, little is known about the construction of these ice cellars or the purpose of the ice. The next ancient society to record the harvesting of ice may have been the Jews in the book of Proverbs, which reads, "As the cold of snow in the time of harvest, so is a faithful messenger to them who sent him." Historians have interpreted this to mean that the Jews used ice to cool beverages rather than to preserve food. Other ancient cultures such as the Greeks and the Romans dug large snow pits insulated with grass, chaff, or branches of trees as cold storage. Like the Jews, the Greeks and Romans did not use ice and snow to preserve food, but primarily as a means to cool beverages. Egyptians cooled water by evaporation in shallow earthen jars on the roofs of their houses at night. The ancient people of India used this same concept to produce ice. The Persians stored ice in a pit called a Yakhchal and may have been the first group of people to use cold storage to preserve food. In the Australian outback before a reliable electricity supply was available many farmers used a Coolgardie safe, consisting of a room with hessian (burlap) curtains hanging from the ceiling soaked in water. The water would evaporate and thereby cool the room, allowing many perishables such as fruit, butter, and cured meats to be kept.

Мұз жинау

1830 жылға дейін америкалықтардың аз бөлігі азық-түлікті сақтау үшін мұзды қолданды, себебі мұз қоймалары мен мұз сақтау жәшіктері жеткіліксіз болды. Бұл екі нәрсе кеңінен қолданысқа енгеннен кейін, адамдар балта мен аралардың көмегімен мұзды жинап, қоймаларына жинады. Бұл әдіс қиын, қауіпті болды және оны коммерциялық деңгейде қайта жасай алмайтын еді. Мұз жинаудың қиындықтарына қарамастан, Фредерик Тюдор Жаңа Англияда мұз жинап, Кариб теңізіндегі аралдарға және оңтүстік штаттарға жіберу арқылы осы жаңа тауардан пайда табуға болатынына сенді. Бастапқыда Тюдор мыңдаған доллар жоғалтты, бірақ кейін Чарльстон, Вирджиния және Кубаның Гавана портында мұз сақтау үйлерін салғанда пайда көре бастады. Бұл мұз сақтау үйлері, сондай-ақ жақсы жылу оқшауланған кемелер мұздың ысырабын 66%-дан 8%-ға дейін азайтуға мүмкіндік берді. Осы тиімділік Тюдорды мұз нарығын Нью-Орлеан және Саванна сияқты мұз сақтау үйлері бар басқа қалаларға кеңейтуге итермеледі. Мұз нарығы одан әрі кеңейді, өйткені Тюдордың бір жеткізушісі Натаниел Уайт 1825 жылы атпен жететін мұз кескішін ойлап тапқаннан кейін мұз жинау жылдамырақ және арзанырақ болды. Бұл өнертабыс, сондай-ақ Тюдордың табысы басқаларды мұз саудасына қатысуға шабыттандырды және мұз өнеркәсібі дамыды. 1830 жылдардың басына қарай мұз көптеп сатылатын тауарға айналды, мұздың бағасы фунтына алты центтен жарты центке дейін төмендеді. Нью-Йорк қаласында мұз тұтыну 1843 жылы 12 000 тоннадан 1856 жылы 100 000 тоннаға дейін өсті. Бостон қаласының тұтынуы осы кезеңде 6 000 тоннадан 85 000 тоннаға дейін өсті. Мұз жинау "салқындату мәдениетін" қалыптастырды, өйткені көптеген адамдар сүт өнімдерін, балықты, етті және тіпті жемістер мен көкөністерді сақтау үшін мұзды және мұз сақтау жәшіктерін пайдаланды. Бұл алғашқы салқын сақтау тәжірибелері көптеген американдықтарға елде жақын арада пайда болатын тоңазыту технологиясын қабылдауға жол ашты.

Тоңазытуды зерттеу

Жасанды тоңазыту тарихы 1755 жылы шотланд профессоры Уильям Каллен кішкентай тоңазытқыш машинасын жасаған кезде басталды. Каллен диэтил эфирі бар ыдыстың үстінде жартылай вакуум жасау үшін сорғы қолданды, содан кейін ол қайнап, айналадағы ауадан жылуды сіңірді. Тәжірибе тіпті аз мөлшерде мұз жасады, бірақ сол кезде оның ешқандай практикалық қолданысы болмады. 1758 жылы Англияның Кембридж университетінде Бенджамин Франклин және химия профессоры Джон Хэдли бір затты жылдам салқындату үшін булану принципін зерттеді. Олар алкоголь және эфир сияқты жоғары ұшқыш сұйықтықтардың булануы судың қату температурасынан төмен температураны түсіруге көмектесетінін растады. Олар сынақ ретінде сынап термометрінің шарымен және булануды жеделдету үшін қолданылатын домбырамен тәжірибе жүргізді; термометр шарының температурасын төмендетті, ал қоршаған орта температурасы болды. Олар судың қату температурасынан өткеннен кейін көп ұзамай термометр шарының бетінде мұздың жұқа қабаты пайда болғанын және тәжірибе тоқтатылған кезде мұз массасы шамамен қалың болғанын байқады. Франклин былай деп жазды: "Осы тәжірибеден жазғы ыстық күні адамды тоңдырып өлтіру мүмкіндігін көруге болады". 1805 жылы американдық өнертапқыш Оливер Эванс жабық буды қысу тоңазыту циклын сипаттады. 1820 жылы ағылшын ғалымы Майкл Фарадей аммиак және басқа газдарды жоғары қысым мен төмен температураны қолдану арқылы сұйытты, ал 1834 жылы Ұлыбританияға көшіп келген американдық Джейкоб Перкинс әлемдегі алғашқы жұмыс істейтін буды қысу тоңазыту жүйесін құрды. Бұл оның патентінде сипатталғандай, үнемі жұмыс істейтін жабық цикл болды: "Мен сұйықтықтарды салқындату немесе мұздату үшін ұшқыш сұйықтықтарды пайдалануға және сонымен бірге осындай ұшқыш сұйықтықтарды үнемі конденсациялауға және оларды ысырапсыз қайта қолдануға мүмкіндік аламын". Оның прототипі жүйесі коммерциялық тұрғыдан сәттілік әкелмегенімен, жұмыс істеді. 1842 жылы американдық дәрігер Джон Горри де осындай әрекет жасап, жұмыс істейтін прототип құрды, бірақ ол коммерциялық сәтсіздікке ұшырады. Осы уақыт аралығында көптеген медициналық сарапшылар сияқты, Горри тропикалық ыстыққа тым көп әсер ету психикалық және физикалық дегенерацияға, сондай-ақ безгек сияқты аурулардың таралуына әкеледі деп ойлады. Ол үйлер мен ауруханаларда жайлы ауаны салқындату үшін өзінің тоңазытқыш жүйесін қолдану идеясын ойлап тапты. 1850 жылы американдық инженер Александр Твининг эфирді пайдаланатын буды қысу жүйесіне британдық патент алды. Бірінші практикалық буды қысу тоңазыту жүйесін Австралияға көшіп келген британдық журналист Джеймс Харрисон құрды. 1856 жылы ол эфир, спирт немесе аммиакты пайдалана отырып, буды қысу жүйесін патенттеді. Ол 1851 жылы Виктория штатының Джилонг қаласында Рокки Пойнт қаласында Барвон өзенінің жағалауында механикалық мұз жасау машинасы құрды, ал 1854 жылы оның алғашқы коммерциялық мұз жасау машинасы пайда болды. Харрисон сонымен қатар сыра зауыттары мен ет өңдеу орнына коммерциялық буды қысу тоңазытқышын енгізді, ал 1861 жылға қарай оның оншақты жүйесі жұмыс істеді. Кейін ол Ұлыбританияға тоңазытқышта сақталмаған сиыр етін сатудың американдық артықшылығына қарсы қалай бәсекелесу керектігі туралы пікірталасқа қатысты. 1873 жылы ол Норфолк желкенді кемесін Ұлыбританияға эксперименттік сиыр етін жеткізуге дайындады, ол тоңазыту жүйесінің орнына салқын бөлме жүйесін қолданды. Бұл жоба сәтсіз аяқталды, өйткені мұз күткеннен тез сарқылып кетті. Газды аммиакты суға ерітіп (аквааммиак деп аталады) пайдаланған алғашқы газды сіңіруді суыту жүйесін 1859 жылы Францияның Фердинанд Карре әзірледі және 1860 жылы патенттеді. Карл фон Линде, бу локомотивтерінде маманданған инженер және Германиядағы Мюнхен технологиялық университетінің инженерлік профессоры, пиво өндірушілердің жыл бойы ірі көлемде лагер өндірісін қамтамасыз ететін технологияға сұранысына жауап ретінде 1860 және 1870 жылдары тоңазытқышты зерттеуді бастады. Ол 1876 жылы газдарды сұйытудың жақсартылған әдісін патенттеді. Оның жаңа процесі аммиак, күкірт диоксиді (SO2) және метилхлорид (CH3Cl) сияқты газдарды салқындатқыш ретінде пайдалануға мүмкіндік берді және олар 1920 жылдардың аяғына дейін осы мақсатта кеңінен қолданылды. Америкалық шаманға ұшқан Таддейс Лоу мұз жасау машинасына бірнеше патент алған. Оның "Қысыммен мұз машинасы" суық қоймалар индустриясында төңкеріс жасады. 1869 жылы ол және басқа инвесторлар ескі бу кемесін сатып алып, оған Лоудың тоңазытқыш бірлігін орнатып, Нью-Йорктан Ғаламдық жағалау аймағына жаңа жемістерді, ал Галвестон, Техас қаласынан Нью-Йоркқа жаңа етті тасымалдай бастады, бірақ Лоудың тасымалдау туралы білімі жеткіліксіз болғандықтан, бизнес қымбат сәтсіздікке ұшырады.

The history of artificial refrigeration began when Scottish professor William Cullen designed a small refrigerating machine in 1755. Cullen used a pump to create a partial vacuum over a container of diethyl ether, which then boiled, absorbing heat from the surrounding air. The experiment even created a small amount of ice, but had no practical application at that time. In 1758, Benjamin Franklin and John Hadley, professor of chemistry, collaborated on a project investigating the principle of evaporation as a means to rapidly cool an object at Cambridge University, England. They confirmed that the evaporation of highly volatile liquids, such as alcohol and ether, could be used to drive down the temperature of an object past the freezing point of water. They conducted their experiment with the bulb of a mercury thermometer as their object and with a bellows used to quicken the evaporation; they lowered the temperature of the thermometer bulb down to , while the ambient temperature was They noted that soon after they passed the freezing point of water , a thin film of ice formed on the surface of the thermometer's bulb and that the ice mass was about a thick when they stopped the experiment upon reaching Franklin wrote, "From this experiment, one may see the possibility of freezing a man to death on a warm summer's day". In 1805, American inventor Oliver Evans described a closed vapor compression refrigeration cycle for the production of ice by ether under vacuum. In 1820, the English scientist Michael Faraday liquefied ammonia and other gases by using high pressures and low temperatures, and in 1834, an American expatriate to Great Britain, Jacob Perkins, built the first working vapor compression refrigeration system in the world. It was a closed cycle that could operate continuously, as he described in his patent:
I am enabled to use volatile fluids for the purpose of producing the cooling or freezing of fluids, and yet at the same time constantly condensing such volatile fluids, and bringing them again into operation without waste. His prototype system worked although it did not succeed commercially. In 1842, a similar attempt was made by American physician, John Gorrie, who built a working prototype, but it was a commercial failure. Like many of the medical experts during this time, Gorrie thought too much exposure to tropical heat led to mental and physical degeneration, as well as the spread of diseases such as malaria. He conceived the idea of using his refrigeration system to cool the air for comfort in homes and hospitals to prevent disease. American engineer Alexander Twining took out a British patent in 1850 for a vapour compression system that used ether. The first practical vapour compression refrigeration system was built by James Harrison, a British journalist who had emigrated to Australia. His 1856 patent was for a vapour compression system using ether, alcohol, or ammonia. He built a mechanical ice making machine in 1851 on the banks of the Barwon River at Rocky Point in Geelong, Victoria, and his first commercial ice making machine followed in 1854. Harrison also introduced commercial vapour compression refrigeration to breweries and meat packing houses, and by 1861, a dozen of his systems were in operation. He later entered the debate of how to compete against the American advantage of unrefrigerated beef sales to the United Kingdom. In 1873 he prepared the sailing ship Norfolk for an experimental beef shipment to the United Kingdom, which used a cold room system instead of a refrigeration system. The venture was a failure as the ice was consumed faster than expected. The first gas absorption refrigeration system using gaseous ammonia dissolved in water (referred to as "aqua ammonia") was developed by Ferdinand Carré of France in 1859 and patented in 1860. Carl von Linde, an engineer specializing in steam locomotives and professor of engineering at the Technological University of Munich in Germany, began researching refrigeration in the 1860s and 1870s in response to demand from brewers for a technology that would allow year round, large scale production of lager; he patented an improved method of liquefying gases in 1876. His new process made possible using gases such as ammonia, sulfur dioxide (SO2) and methyl chloride (CH3Cl) as refrigerants and they were widely used for that purpose until the late 1920s. Thaddeus Lowe, an American balloonist, held several patents on ice making machines. His "Compression Ice Machine" would revolutionize the cold storage industry. In 1869, he and other investors purchased an old steamship onto which they loaded one of Lowe's refrigeration units and began shipping fresh fruit from New York to the Gulf Coast area, and fresh meat from Galveston, Texas back to New York, but because of Lowe's lack of knowledge about shipping, the business was a costly failure.

Коммерциялық пайдалану

1842 жылы Джон Горри суды салқындатып мұз өндіруге қабілетті жүйені құрастырды. Ол коммерциялық тұрғыдан сәтсіз болғанымен, әлем ғалымдары мен өнертапқыштарға шабыт берді. Франциялық Фердинанд Карре де соған шабыттанды және Горридің жүйесінен қарапайым әрі кішкентай мұз өндіру жүйесін жасады. Азамат соғысы кезінде Нью-Орлеан сияқты қалалар, жағалау мұз саудасы арқылы Жаңа Англиядан мұз ала алмады. Карренің тоңазыту жүйесі Нью-Орлеанның мұз мәселесін шешті және 1865 жылға қарай қалада Карренің үш машинасы болды. 1867 жылы Техас штатының Сан-Антонио қаласында француз иммигранты Эндрю Мюль, 1871 жылы Уэйкоға көшірмес бұрын, кеңейіп келе жатқан сиыр еті индустриясына көмектесу үшін мұз жасау машинасы жасады. 1873 жылы осы машинаның патенты Колумб темір зауытына сатылды, ол W. C. Брэдли компаниясымен сатып алынды, ол АҚШ-та алғашқы коммерциялық мұз жасау машиналарын өндіруге кірісті. 1870 жылдары сыра қайнатушылар жиналған мұздың ең ірі тұтынушылары болды. 20 ғасырдың басында мұз жинау индустриясы зор өсім көрсеткенімен, ластану мен канализация табиғи мұзға сіңіп, қала маңындағы аудандарда мәселе тудырды. Соңында сыра қайнатушылар бұзылған мұзға шағымдана бастады. Судың тазалығына қатысты халық алаңдаушылығы 1900 жылдардың басында микробтар теориясының пайда болуымен күшейді. Көптеген БАҚ құралдары тиф сияқты ауруларды табиғи мұзды тұтынумен байланыстыратын мақалалар жариялады. Бұл елдің кейбір аймақтарында мұз жинауды заңсыз етуге әкелді. Осы жағдайлардың барлығы заманауи тоңазытқыштар мен мұз өндірісіне деген сұранысты арттырды. Карре мен Мюль машиналары сияқты мұз өндіру машиналарын азық-түлік дүкендерінің, фермерлердің және азық-түлік тасымалдаушылардың қажеттіліктерін қанағаттандыру құралы ретінде қарастырды. Суытылған теміржол вагондары 1840 жылдары сүт өнімдерін қысқа қашықтыққа тасымалдау үшін АҚШ-та пайда болды, бірақ олар салқын температураны сақтау үшін жиналған мұзды қолданды. Жаңа тоңазыту технологиясы алғаш рет кеңінен өнеркәсіптік қолданысқа ие болды, ол Ұлыбритания доминиондары мен басқа елдерден Ұлыбритания аралдарына теңіз арқылы тасымалданатын ет өнімдерін тоңазыту үшін қолданылды. Мұздатылған тауарларды теңіз арқылы сәтті тасымалдаған алғашқы компания болмаса да (Стратхлевен 1880 жылдың 2 ақпанында Сидней мен Мельбурннан мұздатылған сиыр еті, қой еті және маймен Лондонға келді), бұл жетістік көбінесе Жаңа Зеландияға эмиграциялаған кәсіпкер Уильям Солтау Дэвидсонға байланысты. Дэвидсон Ұлыбританияның халық санының өсуі мен етке деген сұраныс әлемдік жүн нарығындағы құлдырауды жеңілдетуі мүмкін деп ойлады, бұл Жаңа Зеландияға қатты әсер етті. Көптеген зерттеулер жүргізгеннен кейін, ол 1881 жылы "Дюнединді" ет тасымалы үшін қысыммен тоңазыту құрылғысымен жабдықтауға тапсырыс берді. 1882 жылдың 15 ақпанында "Дюнедин" Лондонға жол тартты, бұл коммерциялық тұрғыдан сәтті болған алғашқы тоңазытылған кеме сапары және тоңазытылған ет индустриясының негізі болды. "Таймс" газеті: "Бүгін біз бірнеше күн бұрын мүмкін емес, тіпті көзге елестете алмайтын қиындықтарды жеңіп шықтық" деп жазды. "Дюнедин" кемесімен бірдей "Марлбороу" кемесі бірден жаңартылып, келесі жылы саудаға қосылды, сонымен қатар бәсекелес "Жаңа Зеландия кеме компаниясының" "Матауруа" кемесі де, ал "Марсала" неміс кемесі 1882 жылдың желтоқсанында Жаңа Зеландияның тоңазытылған қой етін тасымалдауға кірісті. Бес жыл ішінде Жаңа Зеландиядан Ұлыбританияға 172 рет тоңазытылған ет жөнелтілді, оның тек 9-ында ғана едәуір мөлшерде ет жойылды. Мұздатылған кеме қатынасы Австралия мен Оңтүстік Америкада ет пен сүт өнімдерінің кең таралуына әкелді. Англияның Дартфорд қаласындағы J & E Hall компаниясы 1886 жылы Фолкленд аралдарынан 30 000 қой етін әкелу үшін "СС Селембрия" кемесіне буды қысу жүйесімен жабдықтады. Алдағы жылдары бұл индустрия Австралия, Аргентина және АҚШ-қа дейін тез кеңейді. 1890 жылдары тоңазыту азық-түлікті таратуда маңызды рөл атқарды. Ет өңдеу индустриясы 1880 жылдары табиғи мұзға қатты сүйенді және бұл технологиялар қол жетімді болған сайын өндірілген мұзға сүйенуді жалғастырды. 1900 жылы Чикагодағы ет өңдеуші үйлер аммиак циклді коммерциялық тоңазытқыштарды қолданды. 1914 жылға қарай дерлік барлық жерде жасалған тоңазытқыштар қолданылды. Ірі ет өңдеушілер Armour, Swift және Wilson ең қымбат қондырғыларды сатып алып, оларды пойыз вагондарына, филиалдарға және алыс орналасқан тарату аймақтарындағы қоймаларға орнатты. 20 ғасырдың ортасына қарай тоңазыту қондырғылары жүк көліктеріне орнату үшін жасалды. Суытылған көліктер тез бұзылатын тауарларды, мысалы, мұздатылған азық-түліктерді, жемістерді, көкөністерді және температураға сезімтал химиялық заттарды тасымалдау үшін қолданылады. Көптеген қазіргі заманғы тоңазытқыштар температураны –40 және –20 °C аралығында ұстайды және шамамен 24 000 кг жалпы салмақтың максималды жүгін көтере алады (Еуропада). Коммерциялық тоңазыту жылдам дамығанымен, ол тұрмыстық қолданысқа енуіне кедерес келтіретін шектеулерге ие болды. Біріншіден, көптеген тоңазытқыштар тым үлкен болды. 1910 жылы қолданылып жүрген коммерциялық бірліктердің салмағы бес пен жүз тонна арасында болды. Екіншіден, коммерциялық тоңазытқыштарды өндіру, сатып алу және күту қымбат болды. Соңғысы, бұл тоңазытқыштар қауіпсіз болды. Коммерциялық тоңазытқыштардың өртенуі, жарылуы немесе уытты газдардың ағып шығуы жиі кездесетін жағдай еді. Осы үш қиындық жеңілгенге дейін тоңазыту тұрмыстық технология болған жоқ.

In 1842, John Gorrie created a system capable of refrigerating water to produce ice. Although it was a commercial failure, it inspired scientists and inventors around the world. France's Ferdinand Carre was one of the inspired and he created an ice producing system that was simpler and smaller than that of Gorrie. During the Civil War, cities such as New Orleans could no longer get ice from New England via the coastal ice trade. Carre's refrigeration system became the solution to New Orleans' ice problems and, by 1865, the city had three of Carre's machines. In 1867, in San Antonio, Texas, a French immigrant named Andrew Muhl built an ice making machine to help service the expanding beef industry before moving it to Waco in 1871. In 1873, the patent for this machine was contracted by the Columbus Iron Works, a company acquired by the W. C. Bradley Co., which went on to produce the first commercial ice makers in the US. By the 1870s, breweries had become the largest users of harvested ice. Though the ice harvesting industry had grown immensely by the turn of the 20th century, pollution and sewage had begun to creep into natural ice, making it a problem in the metropolitan suburbs. Eventually, breweries began to complain of tainted ice. Public concern for the purity of water, from which ice was formed, began to increase in the early 1900s with the rise of germ theory. Numerous media outlets published articles connecting diseases such as typhoid fever with natural ice consumption. This caused ice harvesting to become illegal in certain areas of the country. All of these scenarios increased the demands for modern refrigeration and manufactured ice. Ice producing machines like that of Carre's and Muhl's were looked to as means of producing ice to meet the needs of grocers, farmers, and food shippers. Refrigerated railroad cars were introduced in the US in the 1840s for short run transport of dairy products, but these used harvested ice to maintain a cool temperature. The new refrigerating technology first met with widespread industrial use as a means to freeze meat supplies for transport by sea in reefer ships from the British Dominions and other countries to the British Isles. Although not actually the first to achieve successful transportation of frozen goods overseas (the Strathleven had arrived at the London docks on 2 February 1880 with a cargo of frozen beef, mutton and butter from Sydney and Melbourne ), the breakthrough is often attributed to William Soltau Davidson, an entrepreneur who had emigrated to New Zealand. Davidson thought that Britain's rising population and meat demand could mitigate the slump in world wool markets that was heavily affecting New Zealand. After extensive research, he commissioned the Dunedin to be refitted with a compression refrigeration unit for meat shipment in 1881. On February 15, 1882, the Dunedin sailed for London with what was to be the first commercially successful refrigerated shipping voyage, and the foundation of the refrigerated meat industry. The Times commented "Today we have to record such a triumph over physical difficulties, as would have been incredible, even unimaginable, a very few days ago ". The Marlborough—sister ship to the Dunedin – was immediately converted and joined the trade the following year, along with the rival New Zealand Shipping Company vessel Mataurua, while the German Steamer Marsala began carrying frozen New Zealand lamb in December 1882. Within five years, 172 shipments of frozen meat were sent from New Zealand to the United Kingdom, of which only 9 had significant amounts of meat condemned. Refrigerated shipping also led to a broader meat and dairy boom in Australasia and South America. J & E Hall of Dartford, England outfitted the SS Selembria with a vapor compression system to bring 30,000 carcasses of mutton from the Falkland Islands in 1886. In the years ahead, the industry rapidly expanded to Australia, Argentina and the United States. By the 1890s, refrigeration played a vital role in the distribution of food. The meat packing industry relied heavily on natural ice in the 1880s and continued to rely on manufactured ice as those technologies became available. By 1900, the meat packing houses of Chicago had adopted ammonia cycle commercial refrigeration. By 1914, almost every location used artificial refrigeration. The major meat packers, Armour, Swift, and Wilson, had purchased the most expensive units which they installed on train cars and in branch houses and storage facilities in the more remote distribution areas. By the middle of the 20th century, refrigeration units were designed for installation on trucks or lorries. Refrigerated vehicles are used to transport perishable goods, such as frozen foods, fruit and vegetables, and temperature sensitive chemicals. Most modern refrigerators keep the temperature between –40 and –20 °C, and have a maximum payload of around 24,000 kg gross weight (in Europe). Although commercial refrigeration quickly progressed, it had limitations that prevented it from moving into the household. First, most refrigerators were far too large. Some of the commercial units being used in 1910 weighed between five and two hundred tons. Second, commercial refrigerators were expensive to produce, purchase, and maintain. Lastly, these refrigerators were unsafe. It was not uncommon for commercial refrigerators to catch fire, explode, or leak toxic gases. Refrigeration did not become a household technology until these three challenges were overcome.

Үй және тұтынушылар үшін

1800 жылдардың басында тұтынушылар азық-түліктерін мұз жинаушылардан сатып алынған мұзбен бірге мұз сақтағышқа салып сақтау арқылы сақтап отырды. 1803 жылы Томас Мур көптеген мұз сақтағыштардың прототипіне айналған металл қапталған май сақтау ыдысын патенттеді. Бұл мұз сақтағыштар шамамен 1910 жылға дейін қолданылды, ал технология дамымады. Шындығында, 1910 жылы мұз сақтағышты пайдаланған тұтынушылар 1800 жылдардың басындағы тұтынушылар сияқты көмескі және жаман иіс шығаратын мұз сақтағыш мәселесімен күресті. General Electric (GE) бұл қиындықтарды еңсеруге тырысқан алғашқы компаниялардың бірі болды. 1911 жылы GE газбен жұмыс істейтін тұрмыстық тоңазытқышты шығарды. Газды пайдалану электр компрессорлы қозғалтқышты қажетсіз етіп, тоңазытқыштың өлшемін кішірейтті. Дегенмен, GE-нің клиенттері болған электр компаниялары газбен жұмыс істейтін құрылғыдан пайда көре алмады. Сондықтан GE электрлік модельді әзірлеуге инвестиция жасады. 1927 жылы GE Monitor Top тоңазытқышын шығарды, ол электрмен жұмыс істейтін алғашқы тоңазытқыш болды. 1930 жылы GE-нің басты бәсекелесі Frigidaire фреонды синтездеді. Хлорфторкарбон (ХФК) химиялық затына негізделген синтетикалық тоңазытқыштардың табылуы үйде және тұтынушылар үшін қауіпсіз тоңазытқыштар жасауға мүмкіндік берді. Фреон кішірек, жеңіл және арзан тоңазытқыштардың жасалуына ықпал етті. Фреон синтезінен кейін тоңазытқыштың орташа бағасы 275 доллардан 154 долларға дейін төмендеді. Бұл төмендеген баға 1940 жылға қарай американдық үй шаруашылықтарында тоңазытқыштардың иелену үлесін 50%-дан асыруға мүмкіндік берді. Фреон – DuPont Corporation тауарлық белгісі және осы ХФК, кейіннен ХХФК және ХФҚ тоңазытқыштарын білдіреді, олар 1920 жылдардың соңында әзірленген. Бұл тоңазытқыш заттар сол кездегі метилформат, аммиак, метилхлорид және күкірт диоксиді сияқты кеңінен қолданылатын тоңазытқыш заттардан кем зиянды деп есептелді. Мақсаты – үйде пайдалану үшін қауіпсіз тоңазытқыш жабдықтарын ұсыну болды. Бұл ХФК тоңазытқыштары осы қажеттілікке жауап берді. Алайда 1970 жылдары бұл қосылыстар атмосфералық озонмен реакцияға түсетіні анықталды, ал озон күн сәулесінен қорғау үшін маңызды. 1987 жылғы Монреаль протоколында оларды тоңазытқыш ретінде қолдану шектелді.

During the early 1800s, consumers preserved their food by storing food and ice purchased from ice harvesters in iceboxes. In 1803, Thomas Moore patented a metal lined butter storage tub which became the prototype for most iceboxes. These iceboxes were used until nearly 1910 and the technology did not progress. In fact, consumers that used the icebox in 1910 faced the same challenge of a moldy and stinky icebox that consumers had in the early 1800s. General Electric (GE) was one of the first companies to overcome these challenges. In 1911, GE released a household refrigeration unit that was powered by gas. The use of gas eliminated the need for an electric compressor motor and decreased the size of the refrigerator. However, electric companies that were customers of GE did not benefit from a gas powered unit. Thus, GE invested in developing an electric model. In 1927, GE released the Monitor Top, the first refrigerator to run on electricity. In 1930, Frigidaire, one of GE's main competitors, synthesized Freon. With the invention of synthetic refrigerants based mostly on a chlorofluorocarbon (CFC) chemical, safer refrigerators were possible for home and consumer use. Freon led to the development of smaller, lighter, and cheaper refrigerators. The average price of a refrigerator dropped from $275 to $154 with the synthesis of Freon. This lower price allowed ownership of refrigerators in American households to exceed 50% by 1940. Freon is a trademark of the DuPont Corporation and refers to these CFCs, and later hydro chlorofluorocarbon (HCFC) and hydro fluorocarbon (HFC), refrigerants developed in the late 1920s. These refrigerants were considered — at the time — to be less harmful than the commonly used refrigerants of the time, including methyl formate, ammonia, methyl chloride, and sulfur dioxide. The intent was to provide refrigeration equipment for home use without danger. These CFC refrigerants answered that need. In the 1970s, though, the compounds were found to be reacting with atmospheric ozone, an important protection against solar ultraviolet radiation, and their use as a refrigerant worldwide was curtailed in the Montreal Protocol of 1987.

Америка Құрама Штаттарында қоныс аудару үлгілеріне әсері

Өткен ғасырда суыту жаңа қоныстану үлгілерінің қалыптасуына жағдай жасады. Бұл жаңа технология, өзен, аңғар немесе пор т сияқты табиғи көлік жолдарынан тыс, әлде болмаса қоныстандырылмаған жаңа аймақтардың мекендеуіне мүмкіндік берді. Суыту арқасында алғашқы қоныс салушылар батысқа және халық тұрмайтын ауылдық жерлерге қарай кеңейе алды. Бұл жаңа қоныс салушылар құнарлы және игерілмеген топырақтарды көріп, шикізатты шығыс қалалары мен штаттарына жіберіп табыс табуға мүмкіндік алды. 20-шы ғасырда суыту Даллас, Финикс және Лос-Анджелес сияқты "Галактикалық қалалардың" пайда болуына себеп болды.

Тоңазытқышпен жабдықталған вагон

Тоңазытқыш вагондар (тоңазытқыш вагон немесе мұздатқыш вагон) тығыз теміржол желісімен бірге шаруашылық пен нарық арасындағы өте маңызды байланысқа айналды, бұл өңірлік емес, жалпыұлттық мүмкіндіктерді қамтамасыз етті. Мұздатқыш вагон ойлап табылғанға дейін тез бұзылатын азық-түлік тауарларын ұзақ қашықтыққа тасымалдау мүмкін болмады. Мал өңдеу индустриясы мұздатқыш вагондарға алғашқы талапты жасады. Теміржол компаниялары бұл жаңа өнертабысты қабылдауға асықпады, себебі олар ірі қара вагондарына, мал базарларына және жем қоймаларына көп инвестиция салған еді. Мұздатқыш вагондар басқа вагондармен салыстырғанда күрделі және қымбат болды, бұл да мұздатқыш вагондарды пайдалануды баяулатты. Мұздатқыш вагондарды баяу қабылдағаннан кейін, мал өңдеу индустриясы мұздатқыш қоймаларды бақылау және мұздату құнына бақылау жасау арқылы мұздатқыш вагон бизнесінде үстемдік құрды. АҚШ Ауыл шаруашылығы департаментінің 1916 жылғы есебіне сәйкес, елде сойылған малдың 69 пайызынан астамы мемлекетаралық саудамен айналысатын зауыттарда сойылған. Бұл компаниялар кейіннен көкөніс пен жемісті де қамтитын мұздатқыш тасымалдауды енгізді. Мал өңдеу компанияларының мұздатқыш вагондар және суық қоймалар сияқты қымбат жабдықтары бар еді, бұл оларға барлық тез бұзылатын тауарларды тиімді таратуға мүмкіндік берді. Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде АҚШ әкімшілігі бос вагондар мәселесін шешу үшін жалпыұлттық мұздатқыш вагон қорын құрды, ол соғыстан кейін де жалғасты. Вагонның бос тұруы дегеніміз, маусымдық егін жинаудың арасында мұздатқыш вагондардың мағынасыз түрде тоқтауы еді. Бұл өте қымбат вагондар жылдың көп бөлігінде пайдасыз отырып, иесіне ешқандай кіріс әкелмейтін еді. Вагон қоры – бұл егін пісіп жетілген кезде вагондарды аудандарға тарату жүйесі, бұл вагондардың максималды тиімділігін қамтамасыз етті. Батыс штаттарындағы жүзімдіктерден, жеміс бақшаларынан, егістіктерден және бау-бақшалардан шығысқа қарай мұздатқыш вагондар Американың шығыстағы тұтыну нарығын қанағаттандыру үшін қозғалды. Мұздатқыш вагондар жүздеген, тіпті мыңдаған шақырымға тез бұзылатын өнімдерді тасымалдауға мүмкіндік берді. Вагонның ең байқалатын әсері – көкөніс пен жемістердің аймақтық мамандануы болды. Мұздатқыш вагондар 1950 жылдарға дейін тез бұзылатын тауарларды тасымалдау үшін кеңінен қолданылды. 1960 жылдары елдегі мемлекетаралық тас жолдар жүйесі толыққандықтан, жүк көліктері тез бұзылатын азық-түлік жүктерінің көп бөлігін тасымалдауға және мұздатқыш вагондардың ескі жүйесін тоқтатуға мүмкіндік берді.

The refrigerated rail car (refrigerated van or refrigerator car), along with the dense railroad network, became an exceedingly important link between the marketplace and the farm allowing for a national opportunity rather than a just a regional one. Before the invention of the refrigerated rail car, it was impossible to ship perishable food products long distances. The beef packing industry made the first demand push for refrigeration cars. The railroad companies were slow to adopt this new invention because of their heavy investments in cattle cars, stockyards, and feedlots. Refrigeration cars were also complex and costly compared to other rail cars, which also slowed the adoption of the refrigerated rail car. After the slow adoption of the refrigerated car, the beef packing industry dominated the refrigerated rail car business with their ability to control ice plants and the setting of icing fees. The United States Department of Agriculture estimated that, in 1916, over sixty nine percent of the cattle killed in the country was done in plants involved in interstate trade. The same companies that were also involved in the meat trade later implemented refrigerated transport to include vegetables and fruit. The meat packing companies had much of the expensive machinery, such as refrigerated cars, and cold storage facilities that allowed for them to effectively distribute all types of perishable goods. During World War I, a national refrigerator car pool was established by the United States Administration to deal with problem of idle cars and was later continued after the war. The idle car problem was the problem of refrigeration cars sitting pointlessly in between seasonal harvests. This meant that very expensive cars sat in rail yards for a good portion of the year while making no revenue for the car's owner. The car pool was a system where cars were distributed to areas as crops matured ensuring maximum use of the cars. Refrigerated rail cars moved eastward from vineyards, orchards, fields, and gardens in western states to satisfy Americas consuming market in the east. The refrigerated car made it possible to transport perishable crops hundreds and even thousands of kilometres or miles. The most noticeable effect the car gave was a regional specialization of vegetables and fruits. The refrigeration rail car was widely used for the transportation of perishable goods up until the 1950s. By the 1960s, the nation's interstate highway system was adequately complete allowing for trucks to carry the majority of the perishable food loads and to push out the old system of the refrigerated rail cars.

Батыс пен ауылдық аймақтарға кеңейту

Салқындатудың кеңінен қолданылуы АҚШ-та жаңа ауыл шаруашылығы мүмкіндіктерінің кеңейіп дамуына жағдай жасады. Бұрын адам тұрмаған және халық көп шоғырланған аймақтардан алыс орналасқан жерлерде жаңа нарықтар пайда болды. Ауылдық деп есептелетін оңтүстік және батыс штаттарында ауыл шаруашылығының жаңа мүмкіндіктері ашылды. Оңтүстік пен Калифорниядан біршама бір уақытта ірі көлемде тауар тасымалдары жүзеге асырылды, бірақ оңтүстікте өндірілген мұздың орнына Калифорниядағы Сиерра тауларынан алынған табиғи мұз қолданылды. Салқындату көптеген аймақтарға белгілі бір жемістерді өсіруде мамандануға мүмкіндік берді. Калифорния жүзім, шабдалы, алмұрт, өрік және алма сияқты бірнеше жеміске маманданса, Джорджия шабдалыларымен әйгілі болды. Калифорнияда суытылған вагондарды пайдалану 1895 жылы 4500 вагоннан 1905 жылы 8000-ден 10000 вагонға дейін артты. Перс шығанағы штаттары, Арканзас, Миссури және Теннеси клубника өндірісін кеңейтті, ал Миссисипи – помидор өнеркәсібінің орталығына айналды. Нью-Мексико, Колорадо, Аризона және Невада қарбыз өсірді. Егер салқындату болмағанда, мұның бәрі мүмкін болмас еді. 1917 жылға қарай, шығыс нарықтарына жақын орналасқан жеміс-жидек және көкөніс өндіретін аймақтар осы алыс, мамандандырылған орталықтардың бәсекесін сезіне бастады. Салқындату тек ет, жеміс-жидек және көкөністермен ғана шектелмей, сүт өнімдері мен сүт шаруашылықтарын да қамтыды. ХХ ғасырдың басында ірі қалалар сүт өнімдерін 400 миль (644 км) қашықтықтағы шаруашылықтардан алатын болды. Сүт өнімдері жеміс-жидек пен көкөністердей алысқа оңай тасымалданбады, себебі олар тез бұзылады. Салқындату батыста, шығыс нарығынан алыс жерлерде сүт өндіруге мүмкіндік берді, тіпті шаруалар тасымалдау шығындарын төлеп, шығыстағы бәсекелестерінен арзан сата алды. Салқындату және суытылған теміржолдар өзен, аңғар немесе порты сияқты табиғи көлік арналарынан алыс, топырағы құнарлы аймақтарға мүмкіндік берді.

The widespread use of refrigeration allowed for a vast amount of new agricultural opportunities to open up in the United States. New markets emerged throughout the United States in areas that were previously uninhabited and far removed from heavily populated areas. New agricultural opportunity presented itself in areas that were considered rural, such as states in the south and in the west. Shipments on a large scale from the south and California were both made around the same time, although natural ice was used from the Sierras in California rather than manufactured ice in the south. Refrigeration allowed for many areas to specialize in the growing of specific fruits. California specialized in several fruits, grapes, peaches, pears, plums, and apples, while Georgia became famous for specifically its peaches. In California, the acceptance of the refrigerated rail cars led to an increase of car loads from 4,500 carloads in 1895 to between 8,000 and 10,000 carloads in 1905. The Gulf States, Arkansas, Missouri and Tennessee entered into strawberry production on a large scale while Mississippi became the center of the tomato industry. New Mexico, Colorado, Arizona, and Nevada grew cantaloupes. Without refrigeration, this would have not been possible. By 1917, well established fruit and vegetable areas that were close to eastern markets felt the pressure of competition from these distant specialized centers. Refrigeration was not limited to meat, fruit and vegetables but it also encompassed dairy product and dairy farms. In the early twentieth century, large cities got their dairy supply from farms as far as 400 mile (644 km). Dairy products were not as easily transported over great distances like fruits and vegetables due to greater perishability. Refrigeration made production possible in the west far from eastern markets, so much in fact that dairy farmers could pay transportation cost and still undersell their eastern competitors. Refrigeration and the refrigerated rail gave opportunity to areas with rich soil far from natural channel of transport such as a river, valley trail or harbors.

Галактикалық қаланың өрлеуі

"Шеткі қала" терминін Джоэл Гарро, ал "галактикалық қала" терминін Льюис Мамфорд енгізген. Бұл терминдер бұрын тұрғын үй немесе ауылдық болған, дәстүрлі қала орталығынан тыс жердегі бизнес, сауда және ойын-сауық орталықтарын білдіреді. Лос-Анджелес, Лас-Вегас, Хьюстон және Финикс сияқты қалалардың өсуіне бірнеше фактор әсер етті. Осы ірі қалалардың қалыптасуына сенімді автомобильдер, тас жол жүйелері, тоңазыту және ауыл шаруашылығы өнімділігінің артуы себеп болды. Мұндай ірі қалалар тарих бойы жиі кездессе де, оларды ерекшелейтін нәрсе – олар табиғи көлік жолдарында немесе екі немесе одан көп жолдардың тоғысқан жерлерінде, мысалы, жол, пор, тау, өзен немесе аңғарда орналаспаған. Бұл ірі қалалар бірнеше жүз жыл бұрын адам тұруға жарамсыз деп есептелген аймақтарда дамыды. Егер ауаны салқындату және су мен азық-түлікті алыс қашықтықтан тасымалдаудың тиімді тәсілдері болмағанда, мұндай ірі қалалар пайда болмас еді. Бұл қалалардың қарқынды өсуіне тоңазыту және ауыл шаруашылығы өнімділігінің артуы ықпал етті, соның арқасында алыс орналасқан шаруашылықтар халықты тиімді түрде қамтамасыз ете алды.

Ет орауыш және сауда

1882 жылға дейін Жаңа Зеландияның Оңтүстік аралы шөп себу және қойларды будандастырумен тәжірибе жүргізді, бұл олардың фермерлеріне ет экспортында экономикалық мүмкіндіктер берді. 1882 жылы Жаңа Зеландияның Дунедин қаласындағы Чалмерс портынан Лондонға қой өліктерін жөнелтудің алғашқы сәттілігі тіркелді. 1890 жылдары мұздатылған ет саудасы Жаңа Зеландияда, әсіресе Кантербериде үлкен пайда әкелді, 1900 жылы экспортталған қой өліктерінің 50% осы аймақтан шықты. Ұзақ өтпей Кентербери етінің жоғары сапасы белгілі болды, бұл бүкіл әлемде Жаңа Зеландия етіне сұранысты арттырды. Осы жаңа сұранысты қанағаттандыру үшін фермерлер мал азығын жақсартты, соның арқасында қойларды тек жеті айда союға дайындау мүмкін болды. Бұл жаңа тасымалдау әдісі 1890 жылдардың ортасына қарай Жаңа Зеландияда экономикалық өркендеуге алып келді. АҚШ-та 1891 жылы Ет инспекциялау туралы заң қабылданды, себебі жергілікті қасапшылар тоңазытқыш вагондар жүйесінің қауіпсіз еместігіне көз жеткізді. Ет өңдеу кеңінен тарала бастағанда тұтынушылар еттің сапасы туралы алаңдады. Уптон Синклердің 1906 жылғы «Жұңғал» романы ет өңдеу өнеркәсібіндегі нашар санитарлық жағдайлар мен ауру жануарларды өңдеу туралы ақпаратты жариялап, оған жағымсыз назар аударды. Бұл кітап Президент Теодор Рузвельттің назарына ілігіп, 1906 жылғы Ет инспекциялау туралы заң 1891 жылғы Ет инспекциялау туралы заңға енгізілген толықтыру ретінде қабылданды. Бұл жаңа заң еттің сапасына және оны өңдеу ортасына баса назар аударды.

Ауылдық жерлерде электр энергиясы

1930 жылдардың басында АҚШ-тың қала тұрғындарының 90 пайызы электр қуатына қол жеткізсе, ауылдық жерлерде осы көрсеткіш тек 10 пайызды құрады. Ол кезде электр компаниялары ауылдық аймақтарға электр қуатын жеткізудің (ауылдық электрлендіру) тиімді екенін, яғни олардан күтілетін пайданы ақтамайтынын ойлады. Алайда, Ұлы депрессия кезеңінде президент Франклин Д. Рузвельт ауылдық аймақтар электр қуатына қол жеткізбесе, қалалардан кедейлік және өндіріс деңгейі бойынша қалып қоятынын түсінді. 1935 жылдың 11 мамырында президент «Ауылдық электрлендіру басқармасы» деп аталатын жарлыққа қол қойды. Бұл агенттік ауылдық жерлерде электр инфрақұрылымын қаржыландыру үшін несиелер берді. Небәрі бірнеше жылдың ішінде АҚШ-тың ауылдық аймақтарында 300 мың адам үйлеріне электр қуатын алды. Электр энергиясы шаруа қожалықтарындағы еңбек жағдайларын жақсартумен қатар, азық-түлік өндірісінің қауіпсіздігіне де зор әсер етті. Азық-түлік сақтау және оны қамтамасыз ету мақсатында шаруашылық және азық-түлік таратпалы жүйелеріне тоңазытқыш технологиялары енгізілді. Бұдан бөлек, суыту арқасында бұзылуға жатқылы тауарларды АҚШ-тың кез келген аймағына тасымалдау мүмкін болды. Нәтижесінде, АҚШ-тың шаруалары әлемдегі ең өнімді фермерлерге айналып, жаңа азық-түлік жүйелері құрылды.

Шаруашылықта пайдалану

Ылғалдылық деңгейін төмендету және бактериялардың көбеюінен туындайтын бүлінуді азайту мақсатында, бүгінгі күні шаруашылықта ет, өнімдер мен сүт өнімдерін өңдеу үшін тоңазыту қолданылады. Тоңазыту жүйелері жылы айларда ең көп пайдаланылады, өйткені ауыл шаруашылығы өнімдерін сапа стандарттарына сай келтіріп, сақтау мерзімін ұзарту үшін оларды мүмкіндігінше жылдам салқындату қажет. Ал сүт шаруашылықтары сүтті жыл бойы тоңазып, бүлінуіне жол бермейді.

Өмір сүру салты мен тамақтануға әсері

19 ғасырдың соңында және 20 ғасырдың басында, суыту қажет етпейтін негізгі азық-түліктерді (қант, күріш және бұршақ) есептемегенде, қолжетімді тағамдар маусымға және жергілікті жерде өсірілетін өнімдерге тәуелді болды. Суыту осы шектеулерді жойды. Тоңазытқыштар қазіргі супермаркеттердің құрылуына және одан кейін танымалдылығына үлкен үлес қосты. Маусымдық емес немесе алыс жерлерде өсірілген жемістер мен көкөністер қазір салыстырмалы түрде төмен бағамен қолжетімді. Тоңазытқыштар супермаркеттердегі жалпы сату көлемінің ішінде ет және сүт өнімдерінің үлесін айтарлықтай арттырды. Базардан сатып алынатын тауарлардың өзгеруімен қатар, осы тағамдарды ұзақ сақтау мүмкіндігі бос уақытты көбейтті. Үйде тоңазытқыш пайда болғанға дейін адамдар күнделікті тамақ дайындауға қажетті азық-түліктерді сатып алуға мәжбүр болатын.

Тамаққа әсері

Салқындатуды енгізу тез бұзылатын тағдарларды гигиеналық түрде өңдеуге және сақтауға мүмкіндік берді, соның салдарынан өндіріс өсімдерін, тұтынуды және тамақтану мүмкіндіктерін арттырды. Тағамды сақтау әдісінің өзгеруі тұздан бас тартып, натрийдің деңгейін жақсырақ басқаруға көмектесті. Ет және сүт сияқты тез бұзылатын тағдарларды тасымалдау және сақтау мүмкіндігі 1890 жылдардан кейін АҚШ-та сүт тұтынудың 1,7%-ға және жалпы ақуыз мөлшерінің жыл сайын 1,25%-ға өсуіне алып келді. Адамдар бұл тез бұзылатын тағдарларды тек сақтау оңай болғандықтан ғана емес, сонымен қатар салқындатылған тасымалдау және сақтаудағы жаңарулар тағдардың нашарлауын және ысырапты азайтып, осы өнімдердің бағасын төмендетті. Салқындату ересектердің бойының өсуіне (АҚШ-да) жақсартылған тамақтану арқылы кемінде 5,1% үлес қосады, ал қоректік заттар сапасының жақсаруымен және аурулардың азаюымен байланысты жанама әсерлер ескерілгенде, жалпы әсері одан да айтарлықтай артады.

Тоңазытудың қазіргі қолданылуы

Қазіргі кезде тоңазытудың ең көп қолданылатын салалары – жеке үйлер мен қоғамдық ғимараттарды кондициялау, сондай-ақ үйлерде, мейрамханаларда және ірі сақтау қоймаларында азық-түліктерді тоңазыту болып табылады. Ас үйлерде, фабрикаларда және қоймаларда жеміс-жидек пен көкөністерді сақтау және өңдеу үшін тоңазытқыштар, салқындатқыштар мен мұздатқыштарды пайдалану арқасында жыл бойы тамақтануға жаңа салаттар қосылып, балық пен етті ұзақ мерзімге қауіпсіз сақтау мүмкін болды. Бұзылуға жақын тағамдарды сақтау үшін ең қолайлы температура диапазоны: Сауда және өндірісте тоңазыту кеңінен қолданылады. Тоңазыту газдарды – оттегі, азот, пропан және метан сияқтыларды сұйыту үшін пайдаланылады. Қысылған ауаны тазарту кезінде, оның ылғалдылығын азайту үшін қысылған ауадан су буын конденсациялауға қолданылады. Мұнай өңдеу зауыттарында, химиялық және мұнай-химиялық зауыттарында тоңазыту кейбір процестерді қажетті төмен температурада ұстап тұру үшін қолданылады (мысалы, бутендер мен бутанды алкильдеу арқылы жоғары октанды бензин компонентін өндіру). Металл өңдеушілер болатты және кеспе құралдарын қайтару үшін тоңазытуды пайдаланады. Температураға сезімтал азық-түліктерді және басқа материалдарды жүк көліктерімен, пойызбен, ұшақпен және теңіз кемелерімен тасымалдау кезінде тоңазыту қажеттілік тудырады. Сүт өнімдеріне үздірімсіз тоңазыту қажет, және жұмыртқалар азық-түлік дүкеніне жеткеннен кейін емес, тасымалдау кезінде тоңазыту керек екендігі соңғы онжылдықтарда ғана анықталды. Ет, құс және балық сату алдында климатты бақылайтын жағдайда сақталуы тиіс. Тоңазыту жемістер мен көкөністерді де ұзақ сақтауға көмектеседі. Тоңазытудың табылуына дейін көптеген суши шеберлері ауруларға шалдығу қаупінде болды. Сақталмаған сашимидің қауіптілігі ондаған жылдар бойы ауылдық Жапониядағы зерттеулер мен денсаулық сақтау инфрақұрылымының жетіспеушілігіне байланысты анықталған жоқ. 20 ғасырдың ортасында Киотода орналасқан «Зожируши» корпорациясы тоңазытқыштардың дизайнында маңызды жаңалықтар жасап, оларды мейрамхана иелері мен жалпы халық үшін арзан және қолжетімді етті.

Probably the most widely used current applications of refrigeration are for air conditioning of private homes and public buildings, and refrigerating foodstuffs in homes, restaurants and large storage warehouses. The use of refrigerators and walk in coolers and freezers in kitchens, factories and warehouses for storing and processing fruits and vegetables has allowed adding fresh salads to the modern diet year round, and storing fish and meats safely for long periods. The optimum temperature range for perishable food storage is
In commerce and manufacturing, there are many uses for refrigeration. Refrigeration is used to liquefy gases – oxygen, nitrogen, propane, and methane, for example. In compressed air purification, it is used to condense water vapor from compressed air to reduce its moisture content. In oil refineries, chemical plants, and petrochemical plants, refrigeration is used to maintain certain processes at their needed low temperatures (for example, in alkylation of butenes and butane to produce a high octane gasoline component). Metal workers use refrigeration to temper steel and cutlery. When transporting temperature sensitive foodstuffs and other materials by trucks, trains, airplanes and seagoing vessels, refrigeration is a necessity. Dairy products are constantly in need of refrigeration, and it was only discovered in the past few decades that eggs needed to be refrigerated during shipment rather than waiting to be refrigerated after arrival at the grocery store. Meats, poultry and fish all must be kept in climate controlled environments before being sold. Refrigeration also helps keep fruits and vegetables edible longer. Before the discovery of refrigeration, many sushi connoisseurs were at risk of contracting diseases. The dangers of unrefrigerated sashimi were not brought to light for decades due to the lack of research and healthcare distribution across rural Japan. Around mid century, the Zojirushi corporation, based in Kyoto, made breakthroughs in refrigerator designs, making refrigerators cheaper and more accessible for restaurant proprietors and the general public.

Салқындату әдістері

Салқындату әдістерін циклдық емес, циклдық, термоэлектрлік және магниттік деп жіктеуге болады.

Циклдік емес салқындату

Бұл салқындату әдісі жабық кеңістікті мұзды еріту арқылы немесе құрғақ мұзды сублимациялау арқылы салқындатады. Мұның ең қарапайым мысалы – көшмелі салқындатқыш, онда заттар салынып, үстіне мұз құйылады. Қарапайым мұз температураны қатып қалу температурасына жуық ұстай алады, бірақ оны одан да төмендету үшін тұз қолданбаса (дәстүрлі балмұздақ дайындау машинасы сияқты). Құрғақ мұз температураны судың қату температурасынан айтарлық дәрежеде төмендете алады.

Буды сығыстыру циклы

Буды сығыстыру циклы көпшілік тұрмыстық тоңазытқыштарда, сондай-ақ көптеген ірі коммерциялық және өнеркәсіптік тоңазыту жүйелерінде қолданылады. 1-суретте буды қысылған суыту жүйесінің құрамдас бөліктерінің схемасы келтірілген. Циклдің термодинамикасын 2-суретте көрсетілгендей диаграммада талдауға болады. Бұл циклде, аз қайнайтын көмірсутектер немесе фторлы көмірсутектер сияқты айналымдағы салқындатқыш, бу түрінде компрессорға кіреді. 1-нүктеден 2-нүктеге дейін бу тұрақты энтропияда сығымдалады және компрессордан жоғары температурада бу түрінде шығады, бірақ бұл температурадағы бу қысымынан төмен болады. 2-нүктеден 3-нүктеге және одан әрі 4-нүктеге дейін бу конденсатор арқылы өтеді, ол буды конденсациялану басталғанға дейін салқындатады, содан кейін тұрақты қысым мен температурада қосымша жылуды алып тастау арқылы буды сұйықтыққа конденсациялайды. 4- және 5-нүктелер арасында сұйық салқындатқыш кеңейту клапанынан (оған дроссельдік клапан да делінеді) өтеді, онда оның қысымы күрт төмендейді, бұл сұйықтықтың жартысынан азының жылдам булануына және әдетте, сұйықтықтың дененің жартысынан кемінің автоматты түрде салқындауына себеп болады. Нәтижесінде 5-нүктеде көрсетілгендей, төмен температурада және қысымда сұйық пен будың қоспасы пайда болады. Салқын сұйық бу қоспасы буландырғыш спираль немесе түтіктер арқылы өтеді және жылы ауаны (салқындатылатын кеңістіктен) желдеткішпен соққанда толығымен буланып кетеді. Термодинамикалық циклды аяқтау үшін пайда болған салқындатқыш буы 1-нүктедегі компрессордың кіреберісіне қайта оралады. Жоғарыда айтылғандар идеалды буды сығыстыру циклына негізделген және жүйедегі үйкеліс салдарынан қысымның төмендеуі, салқындатқыш буын сығымдау кезіндегі шағын термодинамикалық қайтымсыздықтар немесе егер бар болса, газдың идеалды емес мінез-құлқы сияқты нақты әсерлерді ескермейді. Буды сығыстыру тоңазытқыштары каскадты тоңазыту жүйелерінде екі сатылы болуы мүмкін, екінші саты бірінші сатының конденсаторын салқындатады. Бұл өте төмен температураға қол жеткізу үшін қолданылуы мүмкін. Буды сығыстыру тоңазыту жүйелерінің құрылымы мен жұмыс істеуі туралы толық ақпарат классикалық Perry's Chemical Engineers' Handbook-та қолжетімді.

The vapor compression cycle is used in most household refrigerators as well as in many large commercial and industrial refrigeration systems. Figure 1 provides a schematic diagram of the components of a typical vapor compression refrigeration system. The thermodynamics of the cycle can be analyzed on a diagram as shown in Figure 2. In this cycle, a circulating refrigerant such as a low boiling hydrocarbon or hydrofluorocarbons enters the compressor as a vapour. From point 1 to point 2, the vapor is compressed at constant entropy and exits the compressor as a vapor at a higher temperature, but still below the vapor pressure at that temperature. From point 2 to point 3 and on to point 4, the vapor travels through the condenser which cools the vapour until it starts condensing, and then condenses the vapor into a liquid by removing additional heat at constant pressure and temperature. Between points 4 and 5, the liquid refrigerant goes through the expansion valve (also called a throttle valve) where its pressure abruptly decreases, causing flash evaporation and auto refrigeration of, typically, less than half of the liquid. That results in a mixture of liquid and vapour at a lower temperature and pressure as shown at point 5. The cold liquid vapor mixture then travels through the evaporator coil or tubes and is completely vaporized by cooling the warm air (from the space being refrigerated) being blown by a fan across the evaporator coil or tubes. The resulting refrigerant vapour returns to the compressor inlet at point 1 to complete the thermodynamic cycle. The above discussion is based on the ideal vapour compression refrigeration cycle, and does not take into account real world effects like frictional pressure drop in the system, slight thermodynamic irreversibility during the compression of the refrigerant vapor, or non ideal gas behavior, if any. Vapor compression refrigerators can be arranged in two stages in cascade refrigeration systems, with the second stage cooling the condenser of the first stage. This can be used for achieving very low temperatures. More information about the design and performance of vapor compression refrigeration systems is available in the classic Perry's Chemical Engineers' Handbook.

Абсорбция циклы

ХХ ғасырдың басында су-аммиак жүйелерін немесе LiBr-суды пайдаланатын буды сіңіру циклы кең таралған және жиі қолданылды. Буды сығыстыру циклының дамуынан кейін, буды сіңіру циклы төмен тиімділік коэффициентіне (буды сығыстыру циклы көрсеткішінің шамамен бестен бір бөлігі) байланысты маңыздылығын жоғалтты. Бүгінде буды сіңіру циклы көбінесе отын жылу үшін қолжетімді, бірақ электр энергиясы жоқ жерлерде қолданылады, мысалы, сұйық газбен (LP gas) жүретін демалыс көліктерінде. Ол сондай-ақ, өндірістік ортада, қайта пайдаланылатын жылудың көп болуы тиімсіздігін толықтай өтемелейтін жағдайларда қолданылады. Буды сіңіру циклы буды сығыстыру циклына ұқсас, бірақ салқындатқыш буының қысымын арттыру әдісімен ерекшеленеді. Буды сіңіру жүйесінде компрессордың орнына, салқындатқышты қолайлы сұйықтықта ерітетін абсорбер, қысымды көтеретін сұйық сорғысы және жылу қосылғанда, жоғары қысымды сұйықтықтан салқындатқыш буын бөліп шығаратын генератор орналасқан. Сұйық сорғысына жұмыс істеуге белгілі бір күш қажет, бірақ берілген мөлшердегі салқындатқыш үшін, ол буды сығыстыру циклындағы компрессорға қажетті күштен әлдеқайда аз. Буды сіңіру тоңазытқышында салқындатқыш пен абсорбенттің тиімді комбинациясы қолданылады. Ең көп қолданылатын комбинациялар – аммиак (салқындатқыш) және су (абсорбент), сондай-ақ су (салқындатқыш) және литий бромиді (абсорбент).

Адсорбция циклы

Абсорбциялық циклмен салыстырғандағы негізгі айырмашылық – адсорбциялық циклда тоңазытқыш (адсорбат) аммиак, су, метанол сияқты түрлерде болуы мүмкін, ал адсорбент – кремний гелі, белсендірілген көмір немесе цеолит сияқты қатты зат болып табылады. Ал абсорбциялық циклда абсорбент сұйық түрде болады. Соңғы 30 жылда адсорбциялық тоңазыту технологиясы кеңінен зерттелді, себебі адсорбциялық тоңазыту жүйесінің жұмысы көбінесе шусыз, коррозияға төзімді және экологиялық таза болып келеді.

Газдар циклі

Жұмыс сұйықтығы қысылған және кеңейтілген, бірақ фазасы өзгермейтін газ болса, онда тоңазыту циклі газ циклі деп аталады. Көбінесе ауа осы жұмыс сұйықтығы болып табылады. Газ циклінде конденсация мен булану көзделмегендіктен, буды сығымдау цикліндегі конденсатор мен буландырғышқа сәйкес компоненттер газ циклдарындағы ыстық және суық газға арналған жылу алмастырғыштар болып табылады. Газ циклы буды сығымдау цикліне қарағанда тиімділігі төмен, себебі газ циклі кері Ранкин циклі емес, кері Брейтон циклімен жұмыс істейді. Осылайша, жұмыс сұйықтығы тұрақты температурада жылуды қабылдамайды және бермейді. Газ циклінде тоңазыту эффектісі газдың қатысты жылуына және төмен температуралық жақта газ температурасының өсуіне тең. Сондықтан, бірдей салқындату жүктемесі үшін газдық тоңазыту цикліне үлкен массалық ағын және көлемді құрылым қажет. Тиімділігі төмен және көлемі үлкен болғандықтан, ауа циклды суытқыштар қазіргі уақытта құрлықтағы салқындату құрылымдарында жиі қолданылмайды. Дегенмен, ауа циклы машиналары газ турбиналық реактивтік ұшақтарда салқындату және желдету жүйелері ретінде кеңінен қолданылады, өйткені қозғалтқыштардың компрессорлық бөлімдерінен сығылған ауа оңай қолжетімді. Мұндай жүйелер ұшаққа қысым түсіру мақсатын да орындайды.

Термоэлектрлік салқындату

Термоэлектрлік салқындату екі түрлі материалдың қосылысында жылу ағынын жасау үшін Пельтье эффектісін қолданады. Бұл эффект көбінесе кемпингтік және портативті салқындатқыштарда, сондай-ақ электрондық компоненттерді және кішкентай құралдарды салқындату үшін пайдаланылады. Пельтье салқындатқыштары дәстүрлі буды сығымдау циклымен жұмыс істейтін суытқыштардың қолдануға ыңғайсыз немесе көп орын алатын жағдайларда, сондай-ақ суытылған бейне сенсорларында, ең төмен температураға қол жеткізудің оңай, ықшам және жеңіл, бірақ тиімді емес тәсілі ретінде жиі қолданылады. Бұл үшін екі немесе одан көп сатылы Пельтье салқындатқыштары каскадтық салқындату конфигурациясында орналастырылады, яғни екі немесе одан көп Пельтье элементтері бірін-бірің үстіне орналастырылады, әрбір сатысы алдыңғысынан үлкен болып келеді, бұл алдыңғы сатылардың шығарған жылуын және пайдасыз жылуын тиімдірек шығаруға мүмкіндік береді. Пельтье салқындатудың буды сығымдау циклымен салыстырғанда COP (тиімділік) көрсеткіші төмен, сондықтан ол белгілі бір салқындату сыйымдылығы үшін көбірек ысырапты жылу шығарады (Пельтье элементі немесе салқындату механизмі генерирлейтін жылу) және көбірек қуатты тұтынады.

Магниттік салқындату

Магниттік суыту, немесе адиабаттық демагнетизация – магниттік қатты денелердің ішкі қасиеті болып табылатын магнит-калориялық эффектіге негізделген суыту технологиясы. Суытқыш ретінде көбінесе парамагниттік тұз қолданылады, мысалы, церий магний нитраты. Бұл жағдайда белсенді магниттік дипольдер – парамагниттік атомдардың электрондық қабықтарының дипольдері болып табылады. Суытқышқа күшті магниттік өріс қолданылады, оның нәтижесінде оның магниттік дипольдері бағытталды және суытқыштың осы еркіндік дәрежелері энтропиясы төмендейді. Содан кейін, жылу шығарушы суытқыш энтропияның жоғалтуынан босатылған жылуды сіңіреді. Жылу шығарушымен жылулық байланыс үзіліп, жүйе оқшауланады, сосын магниттік өріс өшіріледі. Бұл суытқыштың жылу сыйымдылығын арттырады, осылайша оның температурасы жылу шығарушының температурасынан төмендейді. Бөлме температурасында қажетті қасиеттерді көрсететін материалдардың саны шектеулі болғандықтан, қолданылу аясы криогеника және зерттеулермен ғана шектелген.

Басқа әдістер

Салқындатудың басқа әдістеріне ұшақтарда қолданылатын ауа циклді машинасы; қысылған ауа қолжетімді болғанда жергілікті салқындатуға арналған вихрьтік түтік; жылу беру және жылу алмасу үшін қысыммен ұсталған газдағы дыбыс толқындарын пайдаланатын термоакустикалық салқындату; ірі ғимараттарды кондициялау үшін 1930 жылдардың басында танымал болған бу сорғысымен салқындату; «ақылды» металл қорытпасын созу және босату арқылы термоэластикалық салқындату жатады. Көптеген Стирлинг циклы жылу машиналары кері бағытта жұмыс істеуге қабілетті, сондықтан олар криогеникада қолданылады. Бұған қоса, Гиффорд-МакМахон суытқыштары, Жул-Томсон суытқыштары, импульстік түтікшелі тоңазытқыштар және 2 мК мен 500 мК арасындағы температуралар үшін сұйыту тоңазытқыштары сияқты басқа да криосуытқыштар бар.

Эластокалориялық салқындату

Тағы бір әлеуетті қатты күйдегі салқындату техникасы және салыстырмалы түрде жаңа зерттеу саласы – суперэластикалық материалдардың ерекше қасиетіне байланысты. Бұл материалдар механикалық кернеуге ұшырағанда температура өзгерісіне ұшырайды (эластокалорикалық эффект деп аталады). Суперэластикалық материалдар жоғары деформацияларда қайтымды түрленеді, сондықтан материалдың кернеу-деформация қисығында аустениттік фазадан мартензиттік кристалдық фазаға өту нәтижесінде тегістелген серпімді аймақ пайда болады. Суперэластикалық материал аустениттік фазада кернеуге ұшырағанда, экзотермиялық фазалық өту арқылы мартензиттік фазаға айналады, бұл материалдың қызуына себеп болады. Кернеуді жою процесті кері қайтарады, материалды аустениттік фазасына келтіреді және қоршаған ортадан жылуды сіңіріп, материалды салқындатады. Осы зерттеудің ең тартымды бөлігі – осы салқындату технологиясының қаншалықты энергия тиімді және экологиялық таза болу мүмкіндігі. Көбінесе формалық жад қорытпалары қолданылатын әртүрлі материалдар, уытты емес және шығарындысыз салқындату көзі болып табылады. Ең көп зерттелген материалдар – нитинол және Cu Zn Al сияқты формалық жад қорытпалары. Нитинол – шамамен 66 Дж/см³ шығыс жылуы және шамамен 16–20 К температура өзгерісі бар, перспективалы қорытпалардың бірі. Кейбір формалық жад қорытпаларын өндіру қиын болғандықтан, табиғи резеңке сияқты баламалы материалдар зерттелді. Резеңкеге шаққанда металлдың көлемі 12 Дж/см³ болса да, ол шамамен 12 К температура өзгерісін тудырады және қолайлы температура диапазонында, төменгі кернеуде және төмен құнмен жұмыс істейді. Дегенмен, басты қиындық – осы процеске жиі байланысты гистерезис түріндегі энергия шығынынан туындайды. Бұл шығынның көп бөлігі екі фазаның үйлеспеушілігінен туындайтындықтан, шығынды азайту және қайтымдылықты және тиімділікті арттыру үшін қорытпаны дұрыс реттеу қажет. Материалдың трансформациялық деформациясын энергия шығынымен теңестіру үлкен эластокалорикалық эффектінің пайда болуына және ықтимал салқындатудың жаңа баламасына мүмкіндік береді.

Another potential solid state refrigeration technique and a relatively new area of study comes from a special property of super elastic materials. These materials undergo a temperature change when experiencing an applied mechanical stress (called the elastocaloric effect). Since super elastic materials deform reversibly at high strains, the material experiences a flattened elastic region in its stress strain curve caused by a resulting phase transformation from an austenitic to a martensitic crystal phase. When a super elastic material experiences a stress in the austenitic phase, it undergoes an exothermic phase transformation to the martensitic phase, which causes the material to heat up. Removing the stress reverses the process, restores the material to its austenitic phase, and absorbs heat from the surroundings cooling down the material. The most appealing part of this research is how potentially energy efficient and environmentally friendly this cooling technology is. The different materials used, commonly shape memory alloys, provide a non toxic source of emission free refrigeration. The most commonly studied materials studied are shape memory alloys, like nitinol and Cu Zn Al. Nitinol is of the more promising alloys with output heat at about 66 J/cm3 and a temperature change of about 16–20 K. Due to the difficulty in manufacturing some of the shape memory alloys, alternative materials like natural rubber have been studied. Even though rubber may not give off as much heat per volume (12 J/cm3 ) as the shape memory alloys, it still generates a comparable temperature change of about 12 K and operates at a suitable temperature range, low stresses, and low cost. The main challenge however comes from potential energy losses in the form of hysteresis, often associated with this process. Since most of these losses comes from incompatibilities between the two phases, proper alloy tuning is necessary to reduce losses and increase reversibility and efficiency. Balancing the transformation strain of the material with the energy losses enables a large elastocaloric effect to occur and potentially a new alternative for refrigeration.

Тоңазытқыштың қақпасы

Мұздатқыш қақпасы әдісі – термодинамика заңдарын бұзбай, мұздатқышты ең энергия тиімді түрде басқару үшін бір логикалық қақпаны пайдаланудың теориялық қолданылуы. Оның негізінде бөлшектің екі энергетикалық күйде болу мүмкіндігі жатыр: негізгі күй және қозған күй. Қозған күй негізгі күйге қарағанда сәл артық энергия тасымалдайды, бұл айырмасы өте кішкентай болғандықтан, күй өзгерісі жоғары ықтималдықпен жүзеге асады. Мұздатқыш қақпасымен байланысты үш компонент немесе бөлшек түрі бар. Біріншісі – мұздатқыштың ішкі жағында, екіншісі – сыртқы жағында, ал үшіншісі қуат көзіне қосылған, ол белгілі бір уақыт аралығында қызып, E күйіне жетеді және энергия қорын толықтырады. Мұздатқыштың ішкі жағындағы салқындату кезеңінде g күйдегі бөлшектер айналадағы бөлшектерден энергия сіңіріп, оларды салқындатады және өзі e күйіне өтеді. Екінші кезеңде, мұздатқыштың сыртында, бөлшектер де e күйде болатын жағдайда, бөлшек g күйіне түсіп, энергия бөліп, сыртқы бөлшектерді қыздырады. Үшінші және соңғы кезеңде қуат көзі e күйдегі бөлшекті жылжытады, ол g күйіне түскенде ішкі e бөлшегінің жаңа g бөлшегімен ауыстырылатын энергиялық тепе-теңдік алмасуды тудырады, осылай цикл қайта басталады.

Пассивті жүйелер

Пассивті күндізгі радиациялық салқындату жүйесін жылу оқшаулағышымен және булану салқындатуымен үйлестіргенде, бір зерттеуде жеке радиациялық салқындату бетімен салыстырғанда, қоршаған ортаны салқындату қуаты 300%-ға артқан. Бұл, ылғалды климатта азық-түлік сақталу мерзімін 40%-ға, ал шөлді климатта тоңазытқышсыз 200%-ға ұзарта алады. Жүйенің булану салқындату қабатына ылғалды аймақтарда 10 күннен бір айға дейін, ал ыстық және құрғақ аймақтарда 4 күн сайын су "қайта толықтыру" қажет болады.

Жабдықтылық рейтингтері

Салқындату жүйесінің салқындату сыйымдылығы – буландырғыштардың энтальпиясының өсуі мен буландырғыштардың массалық ағынының көбейтіндісі болып табылады. Салқындатудың өлшенген сыйымдылығы көбінесе кВт немесе БТУ/сағ бірлігінде өлшенеді. Тұрмыстық және коммерциялық тоңазытқыштардың қуаты kJ/с немесе Btu/сағ арқылы көрсетілуі мүмкін. Кәсіптік және өнеркәсіптік салқындату жүйелері үшін киловатт (кВт) – салқындатудың негізгі бірлігі, Солтүстік Америкадан басқа, онда салқындату тоннасы және БТУ/сағ қолданылады. Салқындату жүйесінің тиімділік коэффициенті (CoP) жүйенің жалпы тиімділігін анықтауда маңызды рөл атқарады. Ол – кВт-тағы салқындату сыйымдылығының, кВт-тағы энергия тұтынымына қатынасы. CoP өнімділіктің қарапайым көрсеткіші болғанымен, Солтүстік Америкадағы өнеркәсіптік салқындатуда көбінесе қолданылмайды. Мұндай жүйелердің иелері мен өндірушілері әдетте өнімділік факторын (PF) пайдаланады. Жүйенің PF-ы – жүйенің энергия тұтынымының ат күшімен бөлінуінен және салқындату сыйымдылығына қатынасынан анықталады. CoP және PF екеуі де жүйенің толыққанды бөлігіне немесе жеке компоненттеріне қатысты қолданылуы мүмкін. Мысалы, жеке компрессордың қуаты, компрессорды іске қосуға кеткен энергияны, кіріс көлемінің ағын жылдамдығына сәйкес күтілетін салқындату сыйымдылығымен салыстыру арқылы бағалануы мүмкін. Салқындату жүйесінің CoP және PF көрсеткіштері тек белгілі бір жұмыс жағдайларында, соның ішінде температура мен жылу жүктемелерінде ғана анықталатынын ескеру қажет. Бұл көрсеткіштерден алшақтаған жағдайда жүйенің жұмысы күрт өзгеруі мүмкін. Тұрғын үйлерде қолданылатын кондиционерлер энергия тиімділігін бағалау үшін әдетте SEER (маусымдық энергия тиімділік коэффициенті) қолданады. Ал коммерциялық мақсаттағы кондиционерлер энергия тиімділігін бағалау үшін көбінесе EER (энергия тиімділік коэффициенті) және IEER (интегралды энергия тиімділік коэффициенті) пайдаланады.