ตู้แช่แข็ง บ้านอเมริกันยุคใหม่เกือบทุกหลังมีตู้แช่แข็ง ซึ่งน่าจะติดกับตู้เย็น แต่ทำไมเราถึงแช่แข็งอาหาร เพื่อเก็บอาหารที่เรากินไม่หมดภายใน 2-3 วัน หากใส่ไว้ในตู้เย็น สตูเนื้อหม้อใหญ่เข้าไปในช่องแช่แข็ง พร้อมกับสิ่งประดิษฐ์ที่ปฏิวัติวงการในศตวรรษที่ 20 นั่นคืออาหารเย็นแช่แข็ง แต่ความจำเป็นในการเก็บอาหารไว้ใช้ภายหลัง หรือทำน้ำแข็ง เพื่อรักษาความเย็นของเครื่องดื่มนั้น
มันย้อนกลับไปไกลถึงอารยธรรม เมื่อหลายพันปีก่อน ชาวเมโสโปเตเมียโบราณค้นพบว่าอาหารเย็นจะเน่าเสียช้ากว่าอาหารที่วางทิ้งไว้ข้างนอก ดังนั้น พวกเขาจึงขุดหลุมขนาดใหญ่ลงไปในดิน หุ้มด้วยฟางหรือทราย แล้วราดด้วยน้ำแข็งและหิมะจากภูเขาที่ใกล้ที่สุด หลุมหรือถ้ำน้ำแข็งเหล่านี้ ถูกใช้เพื่อถนอมอาหารครั้งละ 2 หรือ 3 สัปดาห์ ชาวเมโสโปเตเมียเข้าใจว่าอากาศอุ่นจากภายนอก สามารถป้องกันหิมะไม่ให้ทำให้อาหารเย็นลงได้ ดังนั้น ทางเข้าจึงถูกทำให้เล็กและแคบ เพื่อป้องกันไม่ให้อากาศไหลเข้าไป
นี่คือวิธีการถนอมอาหารมาหลายศตวรรษจนถึงช่วงปลายทศวรรษ 1600 เมื่ออังกฤษและฝรั่งเศสสร้างรูปแบบของตนเอง ด้วยการประดิษฐ์บ้านน้ำแข็ง แม้ว่าหลายแห่งจะอยู่บนพื้นดินอย่างน้อยบางส่วน แต่บางแห่งก็ได้รับการออกแบบให้มีหลังคามุงจาก ซึ่งสามารถเก็บความเย็นของอาหาร หรือให้น้ำแข็งที่แตกเป็นแผ่นสำหรับเครื่องดื่มและของหวาน โดยใช้หิมะและน้ำแข็งที่นำมาจากทะเลสาบช่วยเป็นเวลาประมาณ 1 ปี กระบวนการนี้คล้ายกับถ้ำน้ำแข็งโดยมีฉนวน เช่น ขี้เลื่อยหรือกิ่งไม้เล็กๆที่ปกคลุมด้วยหิมะและขี้เลื่อย
ในที่สุดสิ่งเหล่านี้ก็นำไปสู่การสร้างกล่องน้ำแข็ง ซึ่งเป็นตู้ขนาดเล็กที่มีช่องสำหรับเก็บก้อนน้ำแข็งขนาดใหญ่ และช่องสำหรับเก็บอาหารอีกช่องหนึ่ง สิ่งเหล่านี้เป็นเรื่องปกติจนกระทั่งประมาณปี ค.ศ. 1920 เมื่อตู้เย็นไฟฟ้าและ ตู้แช่แข็ง เริ่มเปิดตัวเมื่อถึงเวลานั้น วิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรม ได้คิดค้นแนวคิดเกี่ยวกับการทำความเย็นเชิงกล ซึ่งก๊าซเคมีที่หมุนเวียนจะกักเก็บสิ่งต่างๆไว้ในห้องเย็น
นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมตู้แช่แข็งที่ขับเคลื่อนด้วยไอน้ำที่หมุนเวียนด้วยกลไกในปัจจุบันจึงซับซ้อนกว่า และมีประสิทธิภาพเล็กน้อยกว่าถ้ำน้ำแข็งที่มีโพรง ซึ่งเต็มไปด้วยหิมะบนภูเขา ต่อไปเราจะพบว่าการค้นพบทางวิทยาศาสตร์หลายอย่าง การพัฒนาตู้แช่สมัยใหม่ แบคทีเรียมักเป็นสาเหตุของการเน่าเปื่อยของอาหาร แต่พวกมันไม่สามารถเติบโตได้ดีเท่า หรือไม่ได้เลยในอุณหภูมิเยือกแข็ง ซึ่งอยู่ที่ 32 องศาฟาเรนไฮต์หรือต่ำกว่า ดังนั้น อาหารจะเน่าเสียช้าลงหากคุณลดของเหลวที่อยู่ภายในโมเลกุลของน้ำให้อยู่ในอุณหภูมิเยือกแข็ง
เมื่อนักวิทยาศาสตร์ในช่วงต้นทศวรรษ 1800 ได้ค้นพบที่เกี่ยวข้องเกี่ยวกับธรรมชาติของอุณหภูมิ และกฎของอุณหพลศาสตร์ ตอนนั้นเองที่กรอบการทำงานสำหรับการควบคุมอุณหภูมิเทียมได้เข้ามาแทนที่ นักประดิษฐ์ชาวอเมริกัน เจคอบ เพอร์กินส์สร้างขึ้นจากแนวคิดการดูดซับไอระเหยที่กำหนดโดยนักประดิษฐ์ โอลิเวอร์ อีแวนส์ ในช่วงต้นทศวรรษ 1800 เพื่อสร้างหน่วยทำความเย็นที่อาศัยการบีบอัดไอซึ่งเราจะพิจารณาอย่างใกล้ชิด
เจคอบ เพอร์กินส์ระบุว่าสารที่ใช้เป็นสารทำความเย็นจะดูดซับและให้ความร้อน เมื่อผ่านการเปลี่ยนแปลงความดันและเปลี่ยนจากของเหลวเป็นไอและกลับมาเป็นของแข็ง กล่าวอีกนัยหนึ่งเจคอบ เพอร์กินส์ ค้นพบว่าสารเคมีบางชนิดสามารถลดอุณหภูมิของอากาศได้โดยการดูดซับความร้อนทั้งหมด เขาได้รับสิทธิบัตรที่เป็นที่รู้จักเป็นครั้งแรกสำหรับหน่วยทำความเย็น แต่สิ่งประดิษฐ์ของเขาไม่เคยประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์
ในช่วงปลายทศวรรษ 1840 แพทย์จากฟลอริดา ได้จดสิทธิบัตรอุปกรณ์ที่ทำให้สารทำความเย็นมีแรงดัน และจากนั้นจึงลดแรงดันให้มากพอที่จะสร้างน้ำแข็ง แม้ว่ามันจะรั่วและไม่ได้ทำงานอย่างถูกต้องเสมอไป และในปี 1860 นักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศสเฟอร์ดินานด์ คาร์เรได้ปรับปรุงเทคโนโลยีการบีบอัดไอ โดยใช้สารทำความเย็นที่เสถียร และมีประสิทธิภาพแต่เป็นพิษซึ่งก็คือแอมโมเนีย แทนอีเทอร์ที่เจคอบ เพอร์กินส์เคยใช้
ในช่วงปี ค.ศ. 1920 เทคโนโลยีได้รับการขัดเกลาอย่างเพียงพอ และมีไฟฟ้าใช้อย่างเพียงพอ ซึ่งตู้แช่แข็งที่มีน้ำมันดิบแต่ราคาแพงมีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ในสหรัฐอเมริกาและยุโรป แม้ว่าตู้แช่แข็งจะยังไม่มีประสิทธิภาพมากนักก็ตาม อากาศภายนอกจะซึมเข้าไปในช่องแช่แข็ง จึงต้องเก็บไว้ในโรงน้ำแข็ง เพื่อให้ควบคุมอุณหภูมิได้ดีขึ้น ตู้แช่แข็งได้รับการปรับปรุงอย่างมากตั้งแต่นั้นมา ด้วยเครื่องจักรที่ซับซ้อนมากขึ้นสารเคมีที่ดีขึ้น
และวิธีการที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ในการเก็บอากาศเย็นไว้ภายในตู้แช่แข็งที่ทันสมัย ตอนนี้คุณรู้แล้วว่าการบีบอัดไอเป็นหลักการเบื้องหลังช่องแช่แข็ง แต่มันทำงานอย่างไรกันแน่ ที่แกนกลางคือการไหลของสารทำความเย็นที่ระเหยอย่างรวดเร็วซึ่งไหลผ่านวงจรภายในช่องแช่แข็ง หากต้องการทราบวิธีการทำงาน ลองนึกภาพแม่น้ำที่ไหลผ่านภูเขาและชนบทระหว่างทางไปยังมหาสมุทร เมื่อมันหมดไปมันก็จะถูกเมฆพัดพาไปกลายเป็นฝน
และไหลกลับเข้าสู่แม่น้ำที่ไหลไปสู่มหาสมุทรอีกครั้ง สารทำความเย็นจะเปลี่ยนสถานะของเหลวเป็นก๊าซและย้อนกลับในลักษณะเดียวกัน ปัจจุบันสารทำความเย็นที่ใช้บ่อยที่สุดคือ ไฮโดรฟลูออโรคาร์บอน สารทำความเย็นอื่นๆ เช่น คลอโรฟลูออโรคาร์บอนและไฮโดรคลอโรฟลูออโรคาร์บอน สารเหล่านี้ได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดและห้ามใช้ในผลิตภัณฑ์หลายชนิดในสหรัฐอเมริกา
เนื่องจากสารทำความเย็นเหล่านี้ มีส่วนทำให้ชั้นโอโซนในชั้นบรรยากาศลดลง สารทำความเย็นเริ่มกระบวนการทำความเย็นเป็นไอภายใต้ความดันต่ำ ส่วนประกอบของช่องแช่แข็งแรกที่เข้ามา คือคอมเพรสเซอร์ โดยปกติจะอยู่ด้านล่างของช่องแช่แข็ง คอมเพรสเซอร์จะบีบอนุภาคของไอระเหย ซึ่งทำให้ร้อนขึ้นและเปลี่ยนสถานะเป็นความดันสูง สารทำความเย็นที่มีความดันร้อนจะถูกปั๊ม โดยคอมเพรสเซอร์ผ่านท่อเข้าไปในส่วนประกอบถัดไปที่เรียกว่าคอนเดนเซอร์
หากคุณเคยสัมผัสด้านนอกของช่องแช่แข็งและรู้สึกอุ่น นั่นคือความร้อนที่ออกมาจากคอยล์คอนเดนเซอร์ ซึ่งมักจะอยู่ด้านล่างของช่องแช่แข็ง ซึ่งสามารถสัมผัสกับอากาศอุณหภูมิห้องและทำให้เย็นลงได้ เมื่อไอเคลื่อนที่ผ่านคอยล์คอนเดนเซอร์ มันจะสูญเสียความร้อนแต่ยังคงความดันสูงไว้ มันถูกแปลงเป็นอุณหภูมิที่อบอุ่นปานกลาง ความดันโดยธรรมชาติของสาร ทำความเย็นที่เป็นของเหลว ในขณะนี้จะดันผ่านไปยังส่วนประกอบถัดไป ท่อสูบจ่ายโครงสร้างขนาดเล็กนี้ควบคุมความดันของไอ
เพื่อให้สามารถเข้าสู่ส่วนประกอบถัดไปได้ เมื่อสารทำความเย็นเหลว มุ่งหน้าจากท่อสูบจ่ายขนาดเล็กไปยังเครื่องระเหยขนาดใหญ่ ความดันของสารทำความเย็นจะลดลงอย่างกะทันหัน ทำให้มันเปลี่ยนกลับเป็นไอความดันต่ำ เครื่องระเหยยังดูดซับความร้อน ซึ่งนำไปสู่ไอเย็นเยือกแข็งที่ทำให้อุณหภูมิของเครื่องเย็น เพียงพอสำหรับการแช่แข็งอาหารของคุณ จากนั้นไอจะกลับไปที่คอมเพรสเซอร์เพื่อเริ่มกระบวนการใหม่
บทความที่น่าสนใจ การออกกำลังกาย การให้ข้อมูลการออกกำลังกายที่มีความเหมาะสม
