냉장

Refrigeration
상업용냉동

"냉동"이란 공간, 물질 또는 시스템을 냉각시켜 주변 온도보다 낮거나 낮게 유지시키는 것을 말한다(제거된 열이 더 높은 온도에서 거부됨).[1][2] 즉 냉장이란 인공(인공) 냉각이다.[1][2] 열 형태의 에너지는 저온 저장소에서 제거되어 고온 저장소로 전달된다. 에너지 전달 작업은 전통적으로 기계적인 수단에 의해 추진되지만, 열, 자기, 전기, 레이저 또는 다른 수단에 의해서도 추진될 수 있다. 냉장고는 가정용 냉장고, 산업용 냉동기, 극저온학, 에어컨 등 응용 분야가 많다. 열펌프는 냉동공정의 열출력을 사용할 수 있으며, 또한 가역성을 갖도록 설계될 수도 있지만, 다른 방법으로 냉방장치와 유사하다.

냉장고는 산업, 생활 방식, 농업, 정착 패턴에 큰 영향을 끼쳤다. 음식을 보존한다는 생각은 적어도 고대 로마와 중국 제국으로 거슬러 올라간다. 그러나 기계식 냉동 기술은 지난 세기에 얼음 수확에서 온도 조절형 레일카에 이르기까지 급속도로 발전해 왔다. 냉장철도의 도입은 미국의 서부진출에 기여하여 하천이나 항만, 계곡길 등 주요 교통수단에 있지 않은 지역에 정착할 수 있게 되었다. 새로 발견된 천연자원으로 가득 찬 불임지역에서도 정착지가 개발되고 있었다.

이러한 새로운 정착 패턴은 텍사스 주 휴스턴과 네바다 주 라스베이거스와 같이 달리 살기 어렵다고 생각되었던 지역에서 번성할 수 있는 대도시의 건설을 촉발시켰다. 대부분의 선진국에서는 도시들이 매일 소비할 수 있는 식품을 얻기 위해 슈퍼마켓의 냉장고에 크게 의존하고 있다. 식량 공급원의 증가는 농장의 적은 비율에서 오는 농업 판매의 더 큰 집중을 초래했다. 오늘날의 농장은 1800년대 후반에 비해 1인당 생산량이 훨씬 많다. 이것은 전체 인구가 이용할 수 있는 새로운 식량원을 만들어냈고, 이것은 사회의 영양에 큰 영향을 끼쳤다.

역사

주요 기사: 저온기술연표

냉각의 초기 형태

눈과 얼음의 계절적 수확은 기원전 1000년 이전에 시작된 것으로 추정되는 고대 관습이다.[3] 중국어로 알려진 이 시기의 가사를 모은 이 책은 얼음 지하실을 채우고 비우는 종교의식을 묘사하고 있다. 그러나 이러한 얼음 지하실의 건설이나 얼음의 목적에 대해서는 거의 알려져 있지 않다. 얼음의 수확을 기록할 다음 고대 사회는 '추수 당시 눈의 추위처럼, 그를 보낸 이들에게 충실한 전령사'라고 쓰여 있는 속담에 나오는 유대인들이었을지도 모른다. 역사학자들은 이를 유대인들이 음식을 보존하기보다는 음료수를 식히기 위해 얼음을 사용했다는 의미로 해석했다. 그리스와 로마와 같은 다른 고대 문화권에서는 잔디, 채프 또는 나뭇가지로 절연된 커다란 눈 구덩이를 차가운 저장고로 파기도 했다. 유대인과 마찬가지로 그리스인과 로마인도 음식을 보존하기 위해 얼음과 눈을 사용하지 않고 주로 음료수를 식히는 수단으로 사용했다. 이집트인들은 음료수를 식히는 방법도 개발했지만 얼음을 이용해 물을 식히는 대신 얕은 토기 항아리에 끓는 물을 넣고 밤에는 집 지붕에 올려놓아 식혔다. 바람은 항아리 바깥쪽을 촉촉하게 적시고 그 결과 증발은 물을 식힐 것이다. 인도의 고대인들은 얼음을 생산하기 위해 이와 같은 개념을 사용했다. 페르시아인들은 야크찰이라고 불리는 구덩이에 얼음을 저장했고 음식을 보존하기 위해 차가운 저장소를 사용한 최초의 사람들이었을지도 모른다. 날씨가 덥고 건조할 수 있는 안정적인 전기 공급이 가능하기 전 호주 아웃백에서는 많은 농부들이 쿨가르드 금고를 이용했다. 이것은 물에 젖은 천장에 헤시안(버랩) 커튼이 걸려 있는 방으로 구성되었다. 물은 증발하여 헤시안 커튼을 식히고, 따라서 방에서 순환하는 공기를 식힐 것이다. 이것은 과일, 버터, 그리고 고기와 같은 많은 부패하기 쉬운 음식들이 보통 더위에 상하게 하는 것을 허락할 것이다.[4][5]

얼음 수확

참고 항목: 얼음절단과 얼음거래
1852년 매사추세츠 주의 얼음 수확은 철로를 배경으로, 얼음을 운반하는 데 사용되었다.

1830년 이전에는 얼음 저장소와 아이스박스의 부족으로 음식을 냉장하기 위해 얼음을 사용하는 미국인은 거의 없었다. 이 두 가지가 널리 보급됨에 따라, 개인은 도끼와 톱을 이용하여 그들의 창고에 얼음을 채취하였다. 이 방법은 어렵고 위험하며, 상업적인 규모로 복제될 수 있는 어떤 것도 확실히 닮지 않았다.[6]

얼음을 수확하는 어려움에도 불구하고 프레데릭 튜더는 뉴잉글랜드에서 얼음을 수확하여 남쪽 주뿐 아니라 카리브해 섬으로 운송함으로써 이 새로운 상품을 이용할 수 있다고 생각했다. 튜더는 초기에는 수천 달러를 잃었지만 버지니아주 찰스턴과 쿠바 항구도시 아바나에 얼음집을 지으면서 결국 수익을 돌렸다. 이러한 얼음 집들과 더 나은 단열선들은 얼음 폐기물을 66%에서 8%로 줄이는 데 도움을 주었다. 이러한 효율성 증가는 튜더가 얼음 시장을 뉴올리언스나 사바나와 같은 빙하가 있는 다른 마을로 확장하는 데 영향을 미쳤다. 이 얼음 시장은 1825년 튜더의 공급 업체 중 하나인 나다니엘 와이에스(Nathaniel Wyeth)가 말이 끄는 얼음 절단기를 개발한 후 얼음 수확이 더 빠르고 저렴해짐에 따라 더욱 확대되었다. 튜더의 성공뿐만 아니라 이 발명품은 다른 사람들이 얼음 무역에 참여하도록 영감을 주었고 얼음 산업은 성장했다.

얼음은 1830년대 초반에 1파운드당 6센트에서 1파운드당 0.5센트로 가격이 떨어지면서 대량 판매 상품이 되었다. 뉴욕시의 얼음 소비량은 1843년 1만2000t에서 1856년 10만t으로 늘었다. 보스턴의 소비량은 같은 기간 6000t에서 8만5000t으로 급증했다. 얼음 수확은 대다수의 사람들이 그들의 유제품, 생선, 고기, 그리고 심지어 과일과 야채들을 저장하기 위해 얼음과 아이스박스를 사용했기 때문에 "냉각 문화"를 만들었다. 이러한 초기 저온 저장 관행은 많은 미국인들이 곧 미국을 점령할 냉동 기술을 받아들일 수 있는 길을 열었다.[7][8]

냉동연구

William Cullen, 인공냉동에 대한 실험을 최초로 수행한 사람.

인공냉동의 역사는 1755년 스코틀랜드의 윌리엄 컬런 교수가 소형 냉장고를 설계하면서 시작됐다. 컬렌은 펌프를 사용하여 디에틸에테르 용기 위에 부분적인 진공 상태를 만들어냈고, 그 다음 끓어 주변 공기의 열을 흡수했다.[9] 이 실험은 소량의 얼음까지 만들어냈지만 당시에는 실질적인 응용이 없었다.

1758년, 벤자민 프랭클린과 화학 교수 존 해들리는 영국 케임브리지 대학에서 물체를 빠르게 식히기 위한 수단으로 증발 원리를 연구하는 프로젝트에 협력했다. 그들은 알코올과 에테르와 같은 휘발성이 강한 액체의 증발은 물의 빙점을 지나 물체의 온도를 낮추는 데 사용될 수 있다는 것을 확인했다. 그들은 수은 온도계의 전구를 물체로 하고 증발을 촉진하기 위해 사용하는 벨로우로 실험을 했다; 그들은 온도계의 전구의 온도를 -14°C(7°F)까지 낮춘 반면, 주변 온도는 18°C(65°F)이었다. 그들은 물 0°C(32°F)의 빙점을 통과한 직후 온도계의 전구 표면에 얇은 얼음막이 형성되어 얼음 덩어리가 약 a 정도라는 점에 주목했다. -14 °C(7 °F)에 도달했을 때 실험을 중지했을 때 두께가 6.4 밀리미터(1⁄4 인치)가 된다. 프랭클린은 "이번 실험을 통해 따뜻한 여름날에 사람을 얼어죽을 가능성을 볼 수 있을 것"이라고 썼다.[10] 1805년 미국의 발명가 올리버 에반스는 진공 상태에서 에테르에 의한 얼음 생산을 위한 폐쇄적인 증기압축 냉동 사이클을 설명했다.

1820년 영국의 과학자 마이클 패러데이 액화 암모니아와 다른 가스들을 고압과 저온을 이용하여 만들었고, 1834년 영국 주재 미국인 제이콥 퍼킨스가 세계에서 처음으로 증기압축냉동장치를 만들었다. 그것은 그가 특허에서 설명한 바와 같이 연속적으로 작동할 수 있는 폐쇄 사이클이었다.

나는 유체의 냉각이나 결빙을 목적으로 휘발성 유체를 사용할 수 있는 동시에 그러한 휘발성 유체를 끊임없이 응축하여 폐기물 없이 다시 가동시킬 수 있다.

비록 상업적으로 성공하지는 못했지만 그의 시제품 시스템은 효과가 있었다.[11]

1842년 미국인 의사 존 고리(John Gorrie)[12]가 작업용 프로토타입을 만들면서 비슷한 시도를 했지만 상업적인 실패였다. 이 시기 많은 의학 전문가들처럼, 고리는 열대 열기에 너무 많이 노출되면 말라리아와 같은 질병의 확산은 물론 심신 퇴화로 이어진다고 생각했다.[13] 그는 질병을 예방하기 위해 가정과 병원에서 편안하게 공기를 식히기 위해 자신의 냉장 시스템을 사용할 생각을 했다. 미국의 엔지니어 알렉산더 트위닝은 에테르를 사용한 증기압축 시스템에 대해 1850년에 영국 특허를 획득했다.

최초의 실용적인 증기압축냉동장치는 호주로 이민을 간 영국의 저널리스트 제임스 해리슨에 의해 만들어졌다. 그의 1856년 특허는 에테르, 알코올 또는 암모니아를 이용한 증기압축 시스템에 대한 것이었다. 그는 1851년 빅토리아주 질롱의 로키 포인트에 있는 바원강둑에 기계식 제빙기를 만들었고, 1854년에 이어 처음으로 상업용 제빙기를 만들었다. 해리슨은 또한 상업용 증기압축냉동을 양조장과 육류 포장 주택에 도입했고 1861년까지 십여 개의 그의 시스템이 가동되었다. 그는 나중에 영국에 대한 비냉동 쇠고기 판매라는 미국의 이점에 어떻게 대항할 것인가에 대한 논쟁에 들어갔다. 1873년 그는 영국으로의 실험적인 쇠고기 선적을 위해 항해선 노퍽을 준비했는데, 노퍽은 냉동 시스템 대신 냉방 시스템을 사용했다. 얼음이 예상보다 빨리 소비되어 그 모험은 실패였다.

페르디난드 카레의 제빙 장치

물에 용해된 기체 암모니아('아쿠아 암모니아'로 칭함)를 이용한 최초의 가스 흡수식 냉동시스템은 1859년 프랑스의 페르디난드 카레(Perdinand Caré)에 의해 개발되어 1860년에 특허를 얻었다. 독일 뮌헨 공과대학의 증기기관차 전문 엔지니어 겸 공학 교수인 칼 폰 린데는 1년 내내 대규모 라거 생산을 가능하게 하는 기술에 대한 양조업자들의 수요에 대응하여 1860년대와 1870년대에 냉장 연구를 시작했다. 그는 향상된 lager 방법에 특허를 얻었다.1876년에 가스를 정화하는 것.[14] 그의 새로운 과정은 암모니아, 이산화황2(SO), 염화메틸(CHCl3)과 같은 가스를 냉매로 사용하는 것을 가능하게 했고 그것들은 1920년대 후반까지 그 목적으로 널리 사용되었다.

미국의 풍선 전문가인 타드데우스 로우는 얼음 제조 기계에 관한 특허를 여러 개 보유하고 있었다. 그의 "압축 아이스 머신"은 저온 저장 산업에 혁명을 일으킬 것이다. 1869년 다른 투자자들과 그는 오래된 증기선을 구입하여 로우의 냉장 유닛 중 하나를 싣고 뉴욕에서 걸프 코스트 지역으로 신선한 과일과 텍사스 갤버스턴에서 신선한 고기를 다시 뉴욕으로 운송하기 시작했지만, 로우의 운송에 대한 지식이 부족했기 때문에, 그 사업은 값비싼 실패작이었다.

상업용

참고 항목: 냉장고
1870년형 냉장고차 디자인. 지붕의 해치는 각 끝에서 수확한 얼음을 저장하기 위해 탱크에 접근할 수 있도록 했다.
1871년 12월 12일자 앤드류 멀의 아이스메이커 특허.

1842년 존 고리는 얼음을 만들기 위해 물을 냉장할 수 있는 시스템을 만들었다. 비록 상업적인 실패였지만, 그것은 전세계의 과학자들과 발명가들에게 영감을 주었다. 프랑스의 페르디난드 카레는 영감을 받은 사람 중 하나였으며 그는 고리보다 간단하고 작은 얼음 생산 시스템을 만들었다. 남북전쟁 기간 동안 뉴올리언스와 같은 도시들은 더 이상 뉴잉글랜드에서 해안 얼음 거래를 통해 얼음을 얻을 수 없었다. 카레의 냉동 시스템은 뉴올리언스 얼음 문제의 해결책이 되었고 1865년까지 그 도시는 카레의 기계 3대를 갖게 되었다.[15] 1867년 텍사스 샌안토니오에서 프랑스 이민자 앤드루 뮬이 1871년 와코로 옮기기 전에 팽창하는 쇠고기 산업에 봉사하는 것을 돕기 위해 제빙기를 만들었다. 1873년, 이 기계의 특허는 W.C. 브래들리사가 인수한 회사인 콜럼버스 아이언웍스에 의해 계약되었고, 이 회사는 계속해서 미국 최초의 상업용 얼음 제조기를 생산했다.

1870년대까지 양조장은 수확한 얼음의 최대 사용자가 되었다. 빙하 수확 산업은 20세기 전환기에 이르러 엄청나게 성장했지만, 오염과 오수는 자연적인 얼음 속으로 슬금슬금 스며들기 시작하여 대도시 교외에서 문제가 되고 있었다. 결국 양조장은 오염된 얼음에 대해 불평하기 시작했다. 얼음이 형성된 물의 순수성에 대한 대중의 우려는 1900년대 초 세균론의 발흥과 함께 증가하기 시작했다. 수많은 매체들이 장티푸스 같은 질병과 자연적인 얼음 소비를 연결하는 기사를 실었다. 이 때문에 일부 지역에서는 얼음 수확이 불법이 되었다. 이 모든 시나리오는 현대식 냉동과 제조된 얼음의 수요를 증가시켰다. 카레와 뮬의 그것과 같은 얼음 생산 기계는 그루터기, 농부, 그리고 음식 발송업자들의 요구를 충족시키기 위해 얼음을 생산하는 수단으로 여겨졌다.[16][17]

냉장 철도차는 1840년대 미국에서 유제품의 단기 수송용으로 도입됐지만, 이들은 수확한 얼음을 이용해 시원한 온도를 유지했다.[18]

상업적으로 성공한 최초의 냉장선 두네딘.

이 새로운 냉장 기술은 영국령 도미니언스와 다른 국가에서 영국령으로 가는 리퍼 선박에서 해상으로 운송하기 위한 육류 공급을 동결하기 위한 수단으로서 광범위한 산업용 사용과 처음 만났다. 이 돌파구를 처음으로 달성한 사람은 뉴질랜드로 이민을 간 기업인이었습니다. 윌리엄 솔타우 데이비드슨은 영국의 증가하는 인구와 육류 수요는 뉴질랜드에 큰 영향을 미치고 있는 세계 양모 시장의 침체를 완화시킬 수 있다고 생각했다. 광범위한 연구 끝에 그는 1881년 두네딘에 고기 수송을 위한 압축 냉동 장치를 재설치하도록 의뢰했다. 1882년 2월 15일, 두네딘호는 상업적으로 성공한 최초의 냉장 선적 항해와 냉장 육류 산업의 토대를 가지고 런던으로 항해했다.[19]

타임즈는 "오늘 우리는 신체적인 어려움에 대한 그러한 승리를 기록해야 하는데, 이는 며칠 전만 해도 믿을 수 없을 정도로, 심지어 상상조차 할 수 없었을 것"이라고 논평했다. 두네딘으로 가는 자매선인 말버러호는 즉시 개역되어 이듬해 경쟁사인 뉴질랜드 해운회사 마타우루아호와 함께 무역에 참여했고, 독일 기선 마르살라는 1882년 12월부터 냉동 뉴질랜드 양고기를 실어 나르기 시작했다. 5년 안에 172개의 냉동육이 뉴질랜드에서 영국으로 보내졌고, 이 중 9개만이 고기의 상당량을 폐기했다. 냉장 배송은 또한 호주와 남아메리카에서 육류 및 유제품 붐으로 이어졌다. 영국 다트포드의 J&E 홀은 1886년 포클랜드 제도에서 양고기 사체 3만 마리를 들여오기 위해 증기압축 시스템을 갖춘 'SS 셀렘브리아'를 앞질렀다.[20] 몇 년 후, 그 산업은 호주, 아르헨티나, 미국으로 빠르게 확장되었다.

1890년대까지 냉장고는 음식의 유통에 중요한 역할을 했다. 육류 포장 산업은 1880년대에 자연 얼음의 의존도가 높았고, 그러한 기술이 이용 가능하게 되면서 계속해서 제조된 얼음의 의존도를 유지했다.[21] 1900년까지 시카고의 육류 포장 주택은 암모니아 사이클 상업용 냉장고를 채택했다. 1914년까지 거의 모든 장소에서 인공냉동을 사용했다. 주요 고기 포장업체인 아머, 스위프트, 윌슨 등은 기차차와 보다 외진 유통지역의 지사와 창고 등에 설치한 가장 비싼 유닛을 구입했다.

20세기 중반까지, 냉장고는 트럭이나 트럭에 설치할 수 있도록 설계되었다. 냉장 차량은 냉동식품, 과일과 야채, 온도에 민감한 화학물질과 같은 부패하기 쉬운 물품을 운송하는 데 사용된다. 대부분의 현대식 냉장고는 온도를 –40 ~ –20 °C 사이로 유지하며, 최대 적재량은 약 24,000 kg의 총 중량을 가지고 있다(유럽).

상업용 냉장고가 빠르게 진행됐지만 가구에 입주할 수 없는 한계가 있었다. 첫째, 대부분의 냉장고는 너무 컸다. 1910년에 사용되던 일부 상업용 유닛의 무게는 500톤에서 200톤 사이였다. 둘째, 상업용 냉장고는 생산, 구매, 유지비가 비쌌다. 마지막으로, 이 냉장고는 안전하지 않았다. 상업용 냉장고에 불이 붙거나 폭발하거나 유독가스가 누출되는 일도 드물지 않았다. 냉장고는 이 세 가지 난제를 극복하기 전까지는 가정용 기술이 되지 못했다.[22]

가정 및 소비자 사용

20세기 초에 시작된 기계식 냉동기의 소비자화의 초기 사례. 냉매는 이산화황이었다.
현대식 가정용 냉장고

1800년대 초반에 소비자들은 아이스 박스에 얼음 저장소에서 구입한 음식과 얼음을 저장함으로써 그들의 음식을 보존했다. 1803년, 토마스 무어는 금속으로 된 버터 저장 통에 특허를 냈고, 이것은 대부분의 아이스박스의 시제품이 되었다. 이 아이스박스는 거의 1910년까지 사용되었고 기술은 발전하지 않았다. 사실 1910년에 아이스박스를 사용했던 소비자들은 1800년대 초반에 소비자들이 가지고 있던 곰팡이 핀 냄새나는 아이스박스와 같은 도전에 직면했다.[23]

제너럴일렉트릭(GE)은 이러한 과제를 가장 먼저 극복한 기업 중 하나였다. 1911년 GE는 가스로 구동되는 가정용 냉동장치를 출시했다. 가스를 사용함으로써 전기 압축기 모터가 필요 없게 되었고 냉장고의 크기가 줄어들었다. 그러나 GE의 고객이었던 전기회사들은 가스전동기의 혜택을 받지 못했다. 그래서 GE는 전기 모델을 개발하는 데 투자했다. 1927년 GE는 전기로 작동되는 최초의 냉장고인 모니터탑을 출시했다.[24]

1930년 GE의 주요 경쟁자 중 하나인 프리다이어가 프론을 합성했다.[25] 대부분 클로로플루오로카본(CFC) 화학물질을 기반으로 한 합성냉매가 발명되면서 가정과 소비자용으로 안전한 냉장고가 가능해졌다. 프레온은 더 작고, 가볍고, 더 저렴한 냉장고의 개발로 이어졌다. 프레온 합성과 함께 냉장고 평균 가격은 275달러에서 154달러로 떨어졌다. 이렇게 낮은 가격으로 인해 미국 가정의 냉장고 소유율은 50%를 넘을 수 있었다.[26] 프레온은 듀폰 주식회사의 상표로 이들 CFC를 지칭하며, 이후 1920년대 후반에 개발된 냉매인 하이드로클로플루오로카본(HCFC)과 하이드로플루오로카본(HFC)을 지칭한다. 이 냉매들은 당시 메틸포메이트, 암모니아, 염화메틸, 이산화황 등 흔히 사용되는 당시의 냉매에 비해 유해성이 적다고 여겨졌다. 위험 없이 가정용으로 사용할 수 있는 냉동장비를 제공하겠다는 취지였다. 이 CFC 냉매들은 그 필요성에 부응했다. 그러나 1970년대에 이 화합물들은 태양 자외선에 대한 중요한 보호물인 대기 오존과 반응하고 있는 것으로 밝혀졌으며 1987년 몬트리올 의정서에서는 전 세계적으로 냉매로서의 사용이 축소되었다.

정착패턴에 미치는 영향

지난 세기에 냉장고는 새로운 정착 패턴이 나타나게 했다. 이 새로운 기술은 강, 계곡 산책로, 항구와 같은 자연적인 교통수단에 있지 않은 새로운 지역들이 정착될 수 있도록 했다. 냉장고는 초기 정착민들에게 인구가 많지 않은 서부지역과 농촌지역으로 확장할 수 있는 기회를 주었다. 부유하고 개발되지 않은 토양을 가진 이 새로운 정착민들은 동부 도시와 주들로 원재료를 보내면서 이익을 얻을 기회를 보았다. 20세기에는 냉장고가 달라스, 피닉스, 로스앤젤레스와 같은 "은하의 도시"를 가능하게 했다.

냉장 철도차

냉동기식 철도차(냉동 밴 또는 냉장고 차)는 촘촘한 철도망과 함께 시장과 농장 사이의 매우 중요한 연결고리가 되어 단지 지역적인 차라기 보다는 국가적 기회를 허용하게 되었다. 냉장 철도 자동차가 발명되기 전에는 부패하기 쉬운 식품들을 먼 거리까지 운송하는 것이 불가능했다. 쇠고기 포장업계가 첫 번째 수요를 냉장차 수요로 몰았다. 철도 회사들은 이 새로운 발명품을 채택하는 데 더딘 이유는 가축 자동차, 가축 사육장, 그리고 사료 저장소에 대한 그들의 많은 투자 때문이었다.[27] 냉장차 역시 다른 철도차에 비해 복잡하고 비용이 많이 들었고, 이 때문에 냉장차 도입도 늦어졌다. 냉장차 도입이 지지부진한 뒤 쇠고기 포장업계가 빙공장 통제 능력과 아이싱 수수료 설정 등으로 냉장 레일차 사업을 지배했다. 미국 농무부는 1916년에 미국에서 죽은 소의 69퍼센트 이상이 주간 무역과 관련된 식물에서 행해진 것이라고 추정했다. 육류 거래에 참여했던 같은 회사들은 나중에 야채와 과일을 포함시키기 위해 냉장 수송을 시행했다. 육류 포장 회사들은 냉장 자동차와 같은 값비싼 기계들과 그들이 모든 종류의 부패하기 쉬운 물건들을 효과적으로 분배할 수 있도록 해주는 냉장 저장 시설을 많이 가지고 있었다. 제1차 세계 대전 동안, 미국 행정부에 의해 유휴 자동차 문제를 다루기 위해 국가적인 냉장고 카풀을 설립했고, 이후 전쟁 후에도 계속되었다.[28] 유휴차 문제는 제철 수확 사이에 냉장차가 무턱대고 앉아 있는 문제였다. 이것은 매우 비싼 차들이 일년 중 상당 부분을 철도 야드에 앉아서 차주에게는 수익을 내지 못한다는 것을 의미했다. 카풀은 농작물이 숙성되면서 차가 최대한 이용될 수 있도록 지역에 차량을 보급하는 시스템이었다. 냉장 철도 자동차는 서부의 포도원, 과수원, 들판, 정원에서 동쪽으로 이동하여 동부의 미주 소비 시장을 만족시켰다.[29] 냉장차는 부패하기 쉬운 농작물을 수백 킬로미터 심지어 수천 킬로미터나 마일로 운반하는 것을 가능하게 했다. 자동차가 준 가장 눈에 띄는 효과는 야채와 과일의 지역 특화였다. 이 냉동 레일 자동차는 1950년대까지 부패하기 쉬운 물품의 운송에 널리 사용되었다. 1960년대까지 우리나라의 주간 고속도로 시스템은 트럭이 부패하기 쉬운 음식의 대부분을 운반하고 냉장 철도 자동차의 오래된 시스템을 밀어낼 수 있도록 충분히 완성되었다.[30]

서부 및 농촌으로의 확장

냉장고의 광범위한 사용은 미국에서 엄청난 양의 새로운 농업 기회를 열 수 있게 했다. 이전에는 사람이 살지 않았고 인구가 많은 지역에서 멀리 떨어진 지역에서 새로운 시장이 미국 전역에 나타났다. 남부와 서부의 주와 같이 농촌으로 여겨졌던 지역에 새로운 농업 기회가 나타났다. 남부와 캘리포니아에서 대규모로 선적된 것은 비록 자연적인 얼음이 남쪽에서 제조된 얼음보다는 캘리포니아의 시에라로부터 사용되었지만, 두 가지 모두 비슷한 시기에 이루어졌다.[31] 냉장고는 많은 지역에서 특정 과일의 생육을 전문으로 할 수 있게 했다. 캘리포니아는 몇몇 과일, 포도, 복숭아, 배, 자두, 그리고 사과를 전문으로 하는 반면 조지아는 복숭아로 특히 유명해졌다. 캘리포니아에서, 냉장 철도 자동차의 수용은 1895년 4,500대의 적재량에서 1905년 8,000에서 1만 대의 적재량으로 자동차 하중의 증가를 가져왔다.[32] 걸프 주, 아칸소 주, 미주리 주, 테네시는 대규모로 딸기 생산에 들어갔고 미시시피 주는 토마토 산업의 중심지가 되었다. 뉴멕시코, 콜로라도, 애리조나, 네바다주는 칸탈루페를 재배했다. 냉장고가 없었다면 이것은 가능하지 않았을 것이다. 1917년까지 동부 시장에 가까운 잘 확립된 과일과 채소 지역은 이러한 멀리 떨어진 전문화된 중심지들로부터 경쟁의 압력을 느꼈다.[33] 냉장고는 육류, 과일, 야채에 국한된 것이 아니라 유제품과 유제품 농장을 포함했다. 20세기 초에 대도시들은 640 킬로미터(400 mi)에 이르는 농장으로부터 낙농 공급을 받았다. 유제품은 더 큰 부패성 때문에 과일이나 야채처럼 먼 거리를 쉽게 운반하지 못했다. 냉장고로 인해 동부 시장에서 멀리 떨어진 서부에서 생산이 가능해져 사실상 낙농가들이 운송비를 지불하고 여전히 동부 경쟁사들보다 싸게 팔릴 수 있었다.[34] 냉장 및 냉장 난간은 강, 계곡길, 항만 등 자연적인 교통수단과 거리가 먼 토양이 풍부한 지역에 기회를 주었다.[35]

은하도시 상승

'에지 시티'는 조엘 개러우가 만든 용어인 반면, '은하 도시'라는 용어는 루이스 뭄포드가 만들었다. 이 용어는 전통적인 도심지 또는 중앙 상권 밖의 이전에 주거 지역이나 시골 지역이었던 사업, 쇼핑 및 오락의 집중을 의미한다. 로스엔젤레스, 라스베이거스, 휴스턴, 피닉스 같은 도시들의 성장에 기여하는 몇 가지 요인들이 있었다. 이들 대도시에 기여한 요인은 신뢰도가 높은 자동차, 고속도로 시스템, 냉동, 농업 생산 증가 등이다. 위에서 언급된 도시들과 같은 대도시들은 역사적으로 드물지 않지만 이들 도시들과 다른 도시들을 구분하는 것은 이 도시들이 어떤 자연적인 교통수단을 따라 있지 않거나 산책로, 항구, 산, 강 또는 계곡과 같은 두 개 이상의 통로의 교차점에 있지 않다는 것이다. 이 대도시들은 불과 몇 백년 전만 해도 사람이 살 수 없었을 지역에서 개발되어 왔다. 비용 효율적인 방식으로 공기를 냉각하고 먼 거리에서 물과 음식을 운반하지 않았다면 이 대도시들은 결코 발전하지 못했을 것이다. 이러한 도시들의 빠른 성장은 냉장고와 농업 생산력 증대의 영향을 받아 더 먼 농장이 효과적으로 인구를 먹여 살릴 수 있게 되었다.[35]

농업 및 식품 생산에 미치는 영향

선진국에서 농업의 역할은 냉장 등 여러 요인에 의해 지난 세기에 급격히 변화했다. 2007년 인구 조사의 통계는 오늘날 미국의 기존 농장의 소량에서 나오는 농업 판매의 대규모 집중에 관한 정보를 제공한다. 이는 1880년대 뉴질랜드에서 처음으로 냉동양 사체가 성공적으로 출하되면서 냉동육 거래를 위해 만들어진 시장의 일부 결과물이다. 시장이 계속 성장하면서 식품가공과 품질에 대한 규제가 시행되기 시작했다. 결국 미국의 시골 주택에 전기가 유입되어 농장에서 냉장 기술이 계속 확장될 수 있게 되어 1인당 생산량이 증가했다. 오늘날, 농장에 냉장고를 사용하면 습도를 낮추고, 박테리아의 성장에 의해 상해를 입지 않으며, 보존을 돕는다.

인구통계학

냉동기의 도입과 추가 기술의 진화는 미국의 농업을 획기적으로 변화시켰다. 20세기 초, 대부분의 농부들이 실제로 그들의 농장에서 살았기 때문에, 농사는 미국 시민들에게 공통된 직업이자 생활 양식이었다. 1935년 미국에는 680만 개의 농장이 있었고 인구는 1억2700만 명이었다. 그러나 미국 인구가 계속 증가하는 반면, 농업을 추구하는 시민들은 계속해서 감소하고 있다. 2007년 미국 인구 조사에 따르면, 오늘날 3억 1천만 인구의 1% 미만이 농업이 직업이라고 주장한다. 그러나, 인구가 증가함에 따라 농산물에 대한 수요는 증가하고 있으며, 농산물에 대한 수요는 더욱 다양한 농작물, 비료, 살충제, 그리고 향상된 기술을 통해 충족되고 있다. 기술이 향상되면서 농업 경영이 발생할 위험과 시간이 줄어들고, 대규모 농가가 사회 수요를 충족시키기 위해 1인당 생산량을 늘릴 수 있게 되었다.[36]

육류 포장 및 거래

1882년 이전에, 뉴질랜드 남섬은 풀을 파종하고 양을 교배시키는 실험을 해왔으며, 이것은 즉시 농부들에게 육류 수출에 경제적 잠재력을 주었다. 1882년 뉴질랜드 두네딘에 있는 포트 찰머스에서 양 사체가 처음으로 성공적으로 런던으로 보내졌다. 1890년대까지 냉동육 거래는 뉴질랜드에서, 특히 1900년에 수출된 양 사체의 50%가 수입된 캔터베리 지역에서 점점 더 수익성이 높아지게 되었다. 얼마 지나지 않아 캔터베리 고기가 최고 품질로 알려져 전 세계에 뉴질랜드 고기에 대한 수요를 창출했다. 이 새로운 수요를 충족시키기 위해, 농부들은 그들의 사료를 개선하여 겨우 7개월 만에 양들이 도살 준비를 할 수 있도록 했다. 이 새로운 선적 방법은 1890년대 중반까지 뉴질랜드에서 경제 붐을 일으켰다.[37]

미국에서는 1891년의 육류검사법이 시행되었는데, 이는 지역 정육업자들이 냉장 철도차량 시스템이 불결하다고 느꼈기 때문이다.[38] 고기 포장이 벗겨지기 시작하자 소비자들은 소비용 고기의 품질에 대해 불안해했다. 업톤 싱클레어의 1906년 소설 '정글'은 비위생적인 작업환경과 병든 동물의 처리로 인해 육류 포장산업에 부정적인 관심을 가져왔다. 이 책은 시어도어 루즈벨트 대통령의 관심을 끌었고, 1906년 육류검사법이 1891년 육류검사법의 개정으로 제정되었다. 이 새로운 법은 그것이 가공되는 고기의 질과 환경에 초점을 맞췄다.[39]

농촌의 전기

1930년대 초, 미국의 도시 인구의 90%가 전력을 가지고 있었는데, 이는 시골 주택의 10%에 불과했다. 당시 전력회사들은 전원(농촌전기화)을 농촌으로 확대하면 충분히 이익을 낼 수 있다고 느끼지 못했다. 그러나 대공황의 와중에서 프랭클린 D 대통령. 루즈벨트는 만약 시골 지역이 전기적으로 연결되어 있지 않다면 빈곤과 생산 양면에서 도시 지역에 계속 뒤처질 것이라는 것을 깨달았다. 1935년 5월 11일 대통령은 REA라고도 알려진 농촌전기통신청이라는 행정명령에 서명했다. 그 기관은 농촌 지역의 전기 인프라에 자금을 대기 위해 융자를 제공했다. 불과 몇 년 사이에 미국 시골 지역의 30만 명의 사람들이 그들의 집에서 권력을 얻었다.

전기는 농가의 작업환경을 획기적으로 개선한 반면, 식량 생산의 안전에도 큰 영향을 미쳤다. 농업과 식량 유통 과정에 냉장 시스템이 도입되어 식량 보존에 도움을 주고 식량 공급을 안전하게 유지하였다. 냉장고는 또한 부패하기 쉬운 상품들의 생산을 허용했고, 그 다음엔 미국 전역으로 운송될 수 있었다. 그 결과, 미국의 농부들은 빠르게 세계에서 가장 생산적이 되었고,[40] 완전히 새로운 식량 시스템이 생겨났다.

농장용

박테리아의 성장으로 인한 습도 및 상해를 줄이기 위해 오늘날 농경에서는 냉장고가 육류, 농산물, 유제품 가공 등에 사용된다. 냉동장치는 따뜻한 달 동안 농산물에 가장 많이 사용되는데, 품질 기준을 충족하고 저장 수명을 늘리기 위해서는 가능한 한 빨리 식혀야 한다. 한편, 낙농장은 상하지 않기 위해 일년 내내 우유를 냉장 보관한다.[41]

생활습관 및 식생활에 미치는 영향

19세기 후반과 20세기 초에는 냉장고가 필요 없는 주식(설탕, 쌀, 콩)을 제외하고, 이용 가능한 식품은 계절과 국지적으로 재배될 수 있는 것에 의해 큰 영향을 받았다.[42] 냉장고는 이러한 한계를 없앴다. 냉장고는 현대 슈퍼마켓의 실현 가능성과 그 이후 인기에 큰 역할을 했다. 제철이 아니거나 먼 곳에서 재배되는 과일과 채소는 현재 비교적 저렴한 가격에 구입할 수 있다. 냉장고는 전체 슈퍼마켓 매출의 일부로 육류와 유제품의 엄청난 증가를 가져왔다.[43] 시장에서 구매한 상품을 바꾸는 것은 물론, 이러한 음식들을 장기간 보관할 수 있는 능력도 여가시간 증가로 이어졌다.[citation needed] 가정용 냉장고가 등장하기 전에, 사람들은 식사에 필요한 물자를 위해 매일 쇼핑을 해야 했다.

영양에 미치는 영향

냉장고의 도입은 부패성 식품의 위생적인 취급과 보관을 가능하게 했고, 따라서 생산량 증가, 소비 및 영양의 가용성을 촉진시켰다. 우리의 식품 보존 방법의 변화는 우리를 소금에서 더 관리하기 쉬운 나트륨 수준으로 이동시켰다. 육류, 유제품 등 부패성 식품을 이동·보관할 수 있는 능력은 1890년대 이후 미국에서 유제품 소비량이 1.7% 증가했고 전체 단백질 섭취량은 연간 1.25% 증가했다.[44]

사람들은 이러한 부패성 물질을 소비하는 것이 그들 자신이 보관하는 것이 더 쉬워졌기 때문만이 아니라, 냉장 운송과 보관의 혁신으로 부패와 낭비가 줄어들어, 따라서 이러한 제품들의 가격이 하락했기 때문이다. 냉동은 영양 개선을 통해 성인 키 증가(미국)의 최소 5.1%를 차지하며, 영양소의 질 향상과 질병 감소와 관련된 간접적인 영향을 추가로 고려했을 때 전체적인 영향은 상당히 커진다. 최근의 연구들은 또한 한 가정의 냉장고 수와 위암 사망률 사이에 부정적인 관계가 있음을 보여주었다.[45]

현재 냉동기의 응용

아마도 현재 가장 널리 사용되는 냉장고는 개인 주택과 공공 건물의 냉방과 가정, 식당, 대형 창고에서 식품을 냉장 보관하는 데 사용될 것이다. 과일과 채소를 보관하고 가공하기 위해 부엌, 공장, 창고에서 냉장고와 워크인 쿨러, 냉동고를 사용함으로써 일년 내내 현대식 식단에 신선한 샐러드를 첨가하고 생선이나 육류를 안전하게 장기간 보관할 수 있게 되었다. 부패하기 쉬운 식품 저장소의 최적 온도 범위는 3~5°C(37~41°F)이다.[51]

상업과 제조업에서는 냉장고에 많은 용도가 있다. 냉장고는 예를 들어 산소, 질소, 프로판, 메탄 등 가스를 액화하는데 사용된다. 압축공기 정화에서는 압축공기의 수증기를 응축시켜 수분 함량을 줄이는 데 쓰인다. 정유공장, 화학공장, 석유화학공장에서는 냉장고를 사용하여 필요한 저온에서 특정 공정을 유지한다(예를 들어, 고옥탄 가솔린 성분을 생산하기 위한 부테네와 부탄의 알킬화에서). 금속 노동자들은 강철과 절삭기를 다듬기 위해 냉장고를 사용한다. 트럭, 기차, 비행기, 씨고 선박에 의해 온도에 민감한 식료품과 다른 물질들을 운송할 때, 냉장고는 필수품이다.

유제품은 끊임없이 냉장고가 필요한데, 식료품점에 도착한 뒤 냉장보관되기를 기다리기보다 출하 시 계란을 냉장 보관해야 하는 경우가 지난 수십 년 사이에야 발견됐다. 고기, 가금류, 생선 등은 모두 판매되기 전에 기후가 통제되는 환경에서 보관되어야 한다. 냉장고는 또한 과일과 채소를 더 오래 먹을 수 있도록 돕는다.

냉장고의 가장 영향력 있는 용도 중 하나는 일본의 초밥/사시미 산업의 발전이었다. 냉장고가 발견되기 전에는 많은 초밥 감식가들이 병에 걸릴 위험에 처해 있었다. 일본 농촌에 연구와 헬스케어 유통이 제대로 이뤄지지 않아 수십 년 동안 미냉동 회의 위험성이 드러나지 않았다. 약 세기 중반에 교토에 본사를 둔 조지루시 법인은 냉장고 디자인에 획기적인 발전을 이루어 냉장고를 저렴하게 만들었고 식당 주인들과 일반 대중들이 더 쉽게 접근할 수 있게 했다.

냉동 방법

냉장 방법은 비순환, 순환, 열전, 자석으로 분류할 수 있다.

비순환냉동

주요 기사: 빙상 무역

이 냉동법은 얼음을 녹이거나 드라이아스를 승화시켜 함유된 부위를 냉각시킨다.[52] 아마도 이것의 가장 간단한 예는 휴대용 냉각기일 것이다. 휴대용 냉각기 안에 물건을 넣고, 그 위에 얼음을 붓는다. 일반적인 얼음은 얼음을 더 식히기 위해 소금을 사용하지 않는 한, 얼음이 얼지 않는 지점 근처에서는 온도를 유지할 수 있지만, 빙점 아래에서는 온도를 유지할 수 없다. 드라이아이스는 확실히 온도가 빙점 이하로 내려갈 수 있다.

순환냉동

주요 기사: 열펌프 및 냉동주기

이는 저온 공간이나 선원에서 열을 제거하고 외부 작업의 도움으로 고온 싱크에 거부되는 냉각 사이클과 그 역인 열역학 동력 사이클로 구성된다. 동력 사이클에서 열은 고온 발생원에서 엔진으로 공급되며, 열의 일부는 작업 생산에 사용되며 나머지는 저온 싱크로 거부된다. 이것은 열역학 제2법칙을 만족시킨다.

냉장 사이클은 냉매가 냉장고를 통해 순환하면서 열을 번갈아 흡수하고 거부하면서 냉매에서 일어나는 변화를 설명한다. 또한 HVACR 유닛을 통한 냉매 흐름의 "과정"을 설명할 때 포장 시스템이든 분할 시스템이든 난방, 환기 및 에어컨 HVACR 작업에도 적용된다.

열은 자연적으로 뜨거운 것에서 찬 것으로 흐른다. 저온 열원의 열을 고온의 열제거원으로 펌핑하여 생활공간이나 저장량을 냉각시키는 작업을 실시한다. 단열재는 냉각된 공간에서 낮은 온도를 달성하고 유지하기 위해 필요한 작업과 에너지를 줄이기 위해 사용된다. 냉동기 사이클의 작동 원리는 1824년 사디 카르노에 의해 열기관으로 수학적으로 설명되었다.

흡수식 열펌프는 소수의 용도에서 사용되지만, 가장 일반적인 유형의 냉장 시스템은 역류-란킨 증기압축 냉동 사이클을 사용한다.

순환냉동은 다음과 같이 분류할 수 있다.

  1. 증기 주기 및
  2. 가스 사이클

증기 사이클 냉장고는 더 나아가 다음과 같이 분류할 수 있다.

  1. 증기압축냉동
  2. 흡착냉동
    1. 증기 흡수식 냉동
    2. 흡착냉동

증기압축 사이클

참고 항목: 증기압축냉동
그림 1: 증기 압축 냉동
그림 2: 온도-엔트로피 다이어그램

증기압축 주기는 대부분의 가정용 냉장고와 많은 대형 상업용 및 산업용 냉동시스템에서 사용된다. 그림 1은 대표적인 증기압축냉동계통의 구성부품에 대한 도식도를 제공한다.

사이클의 열역학은 그림 2와 같이 도표로 분석할[53] 수 있다. 이 사이클에서 프레온과 같은 순환 냉매가 증기로 컴프레서로 들어간다. 지점 1에서 지점 2까지 증기는 일정한 엔트로피에서 압축되어 더 높은 온도에서는 증기로서 컴프레서를 빠져나오지만, 여전히 그 온도에서는 증기 압력 이하가 된다. 2번 지점에서 3번 지점, 4번 지점까지 수증기가 응축기를 통과해 수증기를 냉각시킨 뒤 일정한 압력과 온도에서 추가 열을 제거해 수증기를 액체로 응축시킨다. 4번 지점과 5번 지점 사이에 액체 냉매는 팽창 밸브(스로틀 밸브라고도 함)를 통과하여 압력이 갑자기 감소하여 플래시 증발과 자동 재충전(일반적으로 액체의 절반 미만)을 유발한다.

그 결과 5번 지점과 같이 낮은 온도와 압력에서 액체와 증기가 혼합된다. 그런 다음 차가운 액체 증발기 혼합물은 증발기 코일이나 튜브를 통해 이동하며, 팬에 의해 증발기 코일이나 튜브를 가로질러 불어오는 따뜻한 공기를 냉각시켜 완전히 증발된다. 그 결과로 발생하는 냉매 증기는 1번 지점의 컴프레서 입구로 돌아와 열역학 사이클을 완료한다.

위의 논의는 이상적인 증기압축냉동 사이클에 기초하며, 시스템의 마찰압력 강하, 냉매증기 압축 중 약간의 열역학적 불가역성, 또는 비이상적 기체 거동 등과 같은 실제적인 영향은 고려하지 않는다. 증기압축냉장고는 계단식 냉동시스템으로 2단계로 배열할 수 있으며, 2단계는 1단계의 콘덴서를 냉각시킨다. 이것은 매우 낮은 온도를 달성하는데 사용될 수 있다.

증기압축 냉동 시스템의 설계와 성능에 대한 자세한 내용은 고전적인 Perry's Chemical Engineers' Handbook에서 확인할 수 있다.[54]

흡착 사이클

흡수 사이클
주요 기사: 흡수냉장고

20세기 초에는 수암모니아 시스템이나 LiBr-water를 이용한 증기 흡수 사이클이 유행하여 널리 사용되었다. 증기압축 사이클의 개발 후, 증기 흡수 사이클은 성능 계수가 낮기 때문에(증기 압축 사이클의 약 5분의 1) 그 중요성이 상당 부분 상실되었다. 오늘날, 증기 흡수 주기는 주로 난방용 연료를 사용할 수 있지만, LP 가스를 운반하는 레크리에이션 차량처럼 전기가 없는 곳에서 사용된다. 풍부한 폐열이 비효율성을 극복하는 산업 환경에서도 사용된다.

흡수 주기는 냉매 증기의 압력을 높이는 방법을 제외하고는 압축 주기와 유사하다. 흡수 시스템에서 컴프레서는 적절한 액체에서 냉매를 용해하는 흡수기와 압력을 높이는 액체 펌프, 그리고 열을 가하면 고압 액체에서 냉매 증기를 배출하는 발전기로 대체된다. 액체 펌프에 의해 일부 작업이 필요하지만, 일정한 양의 냉매는 증기 압축 사이클에서 컴프레서가 필요로 하는 것보다 훨씬 작다. 흡수식 냉장고는 냉매와 흡수제의 적절한 조합을 사용한다. 가장 흔한 조합은 물(흡수제)이 있는 암모니아(냉수제)와 브롬화 리튬(흡수제)이 있는 물(냉수제)이다.

흡착 사이클
주요 기사: 흡착냉동

흡착 사이클과의 주요 차이점은 흡착 사이클에서 냉매(아도르베이트)는 암모니아, 물, 메탄올 등이 될 수 있는 반면 흡착제는 흡수제가 액체인 흡수 사이클과 달리 실리콘겔, 활성탄, 제올라이트 등 고체일 수 있다는 점이다.

흡착식 냉동 기술이 최근 30년 동안 광범위하게 연구된 이유는 흡착식 냉동 시스템의 작동이 종종 소음이 없고 부식성이 없으며 환경 친화적이기 때문이다.[55]

가스 사이클

작동 유체가 압축되고 팽창되지만 위상은 변하지 않는 기체일 때, 냉동 사이클을 가스 사이클이라고 한다. 공기는 가장 흔히 이 작동 유체다. 가스 사이클에서 의도된 응축과 증발이 없기 때문에 증기 압축 사이클에서 응축기와 증발기에 해당하는 구성부품은 가스 사이클에서 고온 및 냉간 가스 대 가스 열 교환기다. 예를 들어, 공랭식 가스 냉각기는 폐쇄된 시스템 내의 공기를 사용하여 CO2 냉동 가스를 냉각시킨다.[56]

가스 사이클은 역 랭킨 사이클이 아닌 역 브레이튼 사이클에서 작동하기 때문에 증기 압축 사이클보다 효율성이 떨어진다. 따라서 작동 유체는 일정한 온도에서 열을 수신하거나 방출하지 않는다. 기체 사이클에서 냉동 효과는 기체의 특정 열과 저온측 기체의 온도 상승의 산물과 동일하다. 따라서 동일한 냉각 부하에 대해 가스 냉동 주기는 큰 질량 유량이 필요하며 부피가 크다.

공기 사이클 냉각기는 낮은 효율과 더 큰 대량으로 인해 오늘날에는 지상 냉각 장치에서는 자주 사용되지 않는다. 그러나 공기 사이클 기계는 엔진의 압축기 부분에서 압축 공기를 쉽게 이용할 수 있기 때문에 냉각 및 환기 장치로 가스 터빈으로 구동되는 제트 항공기에서는 매우 흔하다. 그러한 장치는 항공기를 가압하는 목적도 제공한다.

열전 냉동

열전 냉각은 펠티에어 효과를 사용하여 두 종류의 재료의 접합부 사이에 열 유량을 생성한다. 이 효과는 캠핑과 휴대용 쿨러, 그리고 전자부품과 소형 악기를 냉각하는 데 흔히 사용된다. 펠티어 냉각기는 기존의 증기압축 사이클 냉장고가 비실용적이거나 공간을 너무 많이 차지하는 경우에 자주 사용되며, 냉각된 이미지 센서에서는 효율적이지 않더라도 매우 낮은 온도를 달성할 수 있는 쉽고, 소형이며, 경량화된 방법으로서 2개 이상의 펠티어 냉각기를 계단식 냉동 구성으로 배열하여 사용한다.ng 이전 단계에서 발생하는 더 많은 열과 폐열을 추출하기 위해 [57]2개 이상의 펠티어 원소가 서로 위로 쌓이고 각 단계는 이전 단계보다 더 크다. 펠티어 냉각은 증기압축 사이클과 비교했을 때 COP(효율성)가 낮아 폐열(펠티어 소자 또는 냉각 메커니즘에 의해 발생하는 열)을 더 많이 방출하고 주어진 냉각 용량에 더 많은 전력을 소비한다.

자기냉장

주요기사 : 자기냉장

자석냉동, 즉 단분자석은 자석고체의 내적 특성인 자석칼로리 효과를 바탕으로 한 냉각 기술이다. 냉매는 종종 질산 세륨과 같은 파라마그네틱 소금이다. 이 경우에 활성 자석 쌍극자는 파라자성 원자의 전자 껍질이다.

강력한 자기장이 냉매에 작용하여 냉매의 다양한 자기 쌍극이 정렬되도록 하고 냉매의 자유도를 낮은 엔트로피 상태로 만든다. 그런 다음 열제거원은 엔트로피 손실 때문에 냉매에 의해 방출되는 열을 흡수한다. 그런 다음 열제거원과의 열접촉이 깨져 시스템이 절연되고 자기장이 꺼진다. 이것은 냉매의 열 용량을 증가시켜 냉매의 온도를 열제거원 온도 이하로 낮춘다.

상온에서 필요한 성질을 나타내는 재료가 거의 없기 때문에 지금까지 적용은 극저온학 및 연구로 제한되어 왔다.

기타 방법

다른 냉동 방법으로는 항공기에 사용되는 공기 사이클 기계, 압축공기를 이용할 수 있을 때 스폿 냉각에 사용되는 보텍스 튜브, 열전달과 열 교환을 추진하기 위해 가압 가스에 음파를 이용한 열음향 냉동, 1930년대 초반에 대형 건물에 인기 있는 증기 제트 냉각 등이 있다.스마트 금속 합금 스트레칭과 이완을 이용한 탄화성 냉각 많은 스털링 사이클 열 엔진은 냉장고 역할을 하기 위해 뒤로 돌릴 수 있고, 따라서 이 엔진들은 극저온학에서 틈새로 사용된다. 이외에도 2mK에서 500mK 사이의 온도에 대해서는 Gifford-McMahon cooler, Joule-Thomson cooler, 맥동관 냉장고와 같은 다른 종류의 냉동기가 있다.

탄수화물 냉동

또 다른 잠재적 고체 상태의 냉동 기술과 비교적 새로운 연구 영역은 초탄성 물질의 특수 특성에서 나온다. 이러한 물질은 기계적 응력을 가할 때 온도 변화를 겪는다(탄산칼로리 효과라고 한다). 초탄성 재료는 높은 변종에서 역방향으로 변형되기 때문에, 이 재료는 오스테나이트에서 마텐자이트 크리스털 단계로 위상 변환에 의해 발생하는 응력 변형 곡선에서 평평한 탄성 부위를 경험한다.

초탄성 소재가 오스테나틱 단계에서 스트레스를 경험할 때 마텐사틱 단계로 발열상 변환을 거치게 되어 소재가 뜨거워진다. 스트레스를 제거하면 공정이 역행하고, 원료를 오스테나틱 단계로 복원하며, 원료를 냉각시키는 주변으로부터 열을 흡수한다.

이 연구에서 가장 매력적인 부분은 이 냉각 기술이 얼마나 잠재적으로 에너지 효율적이고 환경 친화적인가이다. 일반적으로 사용되는 다른 재료들, 즉 형태-기억 합금은 무독성 방출 냉동원을 제공한다. 가장 일반적으로 연구되는 재료는 니티놀이나 Cu-Zn-Al과 같은 형상기억합금이다. 니티놀은 약 66J/cm의3 출력 열과 약 16–20K의 온도 변화를 가진 보다 유망한 합금이다.[58] 일부 형상기억합금 제조의 어려움 때문에 천연고무와 같은 대체 재료가 연구되었다. 고무가 형상기억합금만큼 부피당(12J/cm3 )의 열을 발산하지 못하더라도 약 12K의 유사한 온도변화를 발생시키고 적절한 온도범위, 낮은 응력, 저비용에서 작동한다.[59]

그러나 주된 도전은 종종 이 과정과 관련된 이력(hysteresis) 형태의 잠재적 에너지 손실에서 온다. 이러한 손실의 대부분은 두 단계 사이의 비호환성에서 발생하기 때문에 손실을 줄이고 가역성과 효율성을 높이려면 적절한 합금 조정이 필요하다. 물질의 변형률과 에너지 손실의 균형을 맞추면 큰 탄수화물 효과가 발생하며 잠재적으로 냉장고에 대한 새로운 대안이 될 수 있다.[60]

냉장고 게이트

냉장고 게이트 방법은 열역학 법칙을 위반하지 않고 가능한 한 가장 에너지 효율적인 방법으로 냉장고를 구동하기 위해 단일 논리 게이트를 사용하는 이론적 응용이다. 그것은 입자가 존재할 수 있는 두 가지 에너지 상태가 있다는 사실에 근거하여 작용한다: 지면 상태와 흥분 상태. 흥분된 상태는 지상 상태보다 조금 더 많은 에너지를 운반하는데, 전환이 높은 확률로 일어날 만큼 충분히 작다. 냉장고 게이트와 관련된 세 가지 구성 요소 또는 입자 유형이 있다. 첫 번째는 냉장고 내부에 있고, 두 번째는 외부에 있고, 세 번째는 전원 공급 장치에 연결되어 있어서 E 상태에 도달하여 전원을 보충할 수 있을 정도로 자주 가열된다. 냉장고 내부의 냉각 단계에서 g 상태 입자는 주변 입자로부터 에너지를 흡수하여 냉각시키고 스스로 e 상태로 점프한다. 두 번째 단계에서는 입자가 e 상태인 냉장고 외부에서는 입자가 g 상태로 떨어져 에너지를 방출하고 외부 입자를 가열한다. 세 번째 및 마지막 단계에서 전원 공급기는 e 상태에서 입자를 이동시키고, g 상태가 되면 내부 e 입자가 새로운 g 입자로 대체되는 에너지 중립 스왑을 유도하여 사이클을 다시 시작한다.[61]

패시브 시스템

MIT 연구진은 태양열로 더운 날에 값싼 재료를 사용하고 화석 연료 생성 전력을 필요로 하지 않는 냉각을 제공하는 새로운 방법을 고안했다. 고온의 오프 그리드 위치에서 음식과 의약품을 보존하기 위해 다른 냉각 시스템을 보완하는 데 사용될 수 있는 패시브 시스템은 본질적으로 첨단 버전의 파라솔이다.[62]

용량 등급

냉동장치의 냉동능력은 증발기의 엔탈피 상승과 증발기의 질량 유량의 산물이다. 냉장고의 측정 용량은 종종 kW 또는 BTU/h 단위로 치수화된다. 가정용 및 상업용 냉장고는 kJ/s 또는 BTU/h로 정격할 수 있다. 상업용 및 산업용 냉동장치의 경우, 킬로와트(kW)는 냉장고의 기본 단위로서, 냉장고의 톤과 BTU/h를 모두 사용하는 북아메리카를 제외한다.

냉동 시스템의 성능 계수(CoP)는 시스템의 전체 효율을 결정하는 데 매우 중요하다. kW 단위의 냉동용량을 kW 단위의 에너지 입력으로 나눈 값이다. CoP는 매우 간단한 성능 척도지만, 일반적으로 북미에서는 산업용 냉장고에 사용되지 않는다. 이러한 시스템의 소유자 및 제조업체는 일반적으로 성능 요소(PF)를 사용한다. 시스템의 PF는 시스템의 에너지 입력을 마력으로 TR의 냉동 용량으로 나눈 값으로 정의된다. CoP와 PF 모두 전체 시스템 또는 시스템 구성품에 적용할 수 있다. 예를 들어 개별 압축기는 압축기를 구동하는 데 필요한 에너지와 흡입구 부피 유량에 기초한 예상 냉장 용량을 비교하여 등급을 매길 수 있다. 냉장 시스템의 CoP와 PF는 모두 온도 및 열 부하를 포함한 특정 작동 조건에서만 정의된다는 점에 유의해야 한다. 지정된 작동 조건에서 벗어나면 시스템의 성능이 크게 변화할 수 있다.

주거용 응용에 사용되는 에어컨 시스템은 일반적으로 에너지 성능 등급을 위해 계절 에너지 효율비(SEER)를 사용한다.[63] 상업적 응용을 위한 에어컨 시스템은 에너지 효율 성능 등급에 EER(에너지 효율 비)와 IER(통합 에너지 효율 비)를 사용하는 경우가 많다.[64]

참고 항목

참조

  1. ^ a b 국제냉장고사전 http://dictionary.iifiir.org/search.php
  2. ^ a b ASHRAE 용어, https://www.ashrae.org/technical-resources/free-resources/ashrae-terminology
  3. ^ Neuburger, Albert (2003). The technical arts and sciences of the ancients. London: Kegan Paul. p. 122. ISBN 978-0-7103-0755-2.
  4. ^ Neuburger, Albert (2003). The technical arts and sciences of the ancients. London: Kegan Paul. pp. 122–124. ISBN 978-0-7103-0755-2.
  5. ^ Anderson, Oscar Edward (1953). Refrigeration in America; a history of a new technology and its impact. Princeton: Published for the University of Cincinnati by Princeton University Press. pp. 5–6. ISBN 978-0-8046-1621-8.
  6. ^ Anderson, Oscar Edward (1953). Refrigeration in America; a history of a new technology and its impact. Princeton: Published for the University of Cincinnati by Princeton University Press. pp. 8–11. ISBN 978-0-8046-1621-8.
  7. ^ Anderson, Oscar Edward (1953). Refrigeration in America; a history of a new technology and its impact. Princeton: Published for the University of Cincinnati by Princeton University Press. pp. 11–13. ISBN 978-0-8046-1621-8.
  8. ^ Freidberg, Susanne (2010). Fresh: a perishable history (1st Harvard University Press pbk. ed.). Cambridge, MA: Belknap. pp. 20–23. ISBN 978-0-674-05722-7.
  9. ^ Arora, Ramesh Chandra (2012). "Mechanical vapour compression refrigeration". Refrigeration and Air Conditioning. New Delhi: PHI Learning. p. 3. ISBN 978-81-203-3915-6.
  10. ^ 증발에 의한 냉각 (존 라이닝에게 보내는 편지) 웨이백 기계에 2011-01-28 보관. 1758년 6월 17일 런던 벤자민 프랭클린
  11. ^ Burstall, Aubrey F. (1965). A History of Mechanical Engineering. The MIT Press. ISBN 978-0-262-52001-0.
  12. ^ "Patent Images".
  13. ^ Freidberg, Susanne (2010). Fresh: a perishable history (1st Harvard University Press pbk. ed.). Cambridge, MA: Belknap. p. 23. ISBN 978-0-674-05722-7.
  14. ^ James Burke (1979). "Eat, Drink, and Be Merry". Connections. Episode 8. 41–49 minutes in. BBC.
  15. ^ Anderson, Oscar Edward (1953). Refrigeration in America; a history of a new technology and its impact. Princeton: Published for the University of Cincinnati by Princeton University Press. p. 25. ISBN 978-0-8046-1621-8.
  16. ^ Freidberg, Susanne (2010). Fresh: a perishable history (1st Harvard University Press pbk. ed.). Cambridge, MA: Belknap. p. 25. ISBN 978-0-674-05722-7.
  17. ^ Anderson, Oscar Edward (1953). Refrigeration in America; a history of a new technology and its impact. Princeton: Published for the University of Cincinnati by Princeton University Press. pp. 110–111. ISBN 978-0-8046-1621-8.
  18. ^ 텍사스 주 역사 협회의 냉동고.
  19. ^ Colin Williscroft (2007). A lasting Legacy – A 125 year history of New Zealand Farming since the first Frozen Meat Shipment. NZ Rural Press Limited.
  20. ^ "Our History Refrigeration Solutions J&E Hall". www.jehall.com.
  21. ^ Freidberg, Susanne (2010). Fresh: a perishable history (1st Harvard University Press pbk. ed.). Cambridge, MA: Belknap. p. 142. ISBN 978-0-674-05722-7.
  22. ^ Freidberg, Susanne (2010). Fresh: a perishable history (1st Harvard University Press pbk. ed.). Cambridge, MA: Belknap. p. 38. ISBN 978-0-674-05722-7.
  23. ^ Freidberg, Susanne (2010). Fresh: a perishable history (1st Harvard University Press pbk. ed.). Cambridge, MA: Belknap. pp. 23, 38. ISBN 978-0-674-05722-7.
  24. ^ Freidberg, Susanne (2010). Fresh: a perishable history (1st Harvard University Press pbk. ed.). Cambridge, MA: Belknap. pp. 43–45. ISBN 978-0-674-05722-7.
  25. ^ Freidberg, Susanne (2010). Fresh: a perishable history (1st Harvard University Press pbk. ed.). Cambridge, MA: Belknap. p. 44. ISBN 978-0-674-05722-7.
  26. ^ Freidberg, Susanne (2010). Fresh: a perishable history (1st Harvard University Press pbk. ed.). Cambridge, MA: Belknap. p. 45. ISBN 978-0-674-05722-7.
  27. ^ Danes-Wingett, Lind. "The Ice Car Cometh: A History of the Refrigerated Rail Car". The San Joaquin Historian. 10 (4): 2.
  28. ^ Danes-Wingett, Lind. "The Ice Car Cometh: A History of the Refrigerated Rail Car". The San Joaquin Historian. 10 (4).
  29. ^ Danes-Wingett, Lind. "The Ice Car Cometh: A History of the Refrigerated Rail Car". The San Joaquin Historian. 10 (4): 3.
  30. ^ Stover, J. (1970). "American Railroads". The Chicago History of the Railroad Refrigerator Car: 214.
  31. ^ Danes-Wingett, Lind. "The Ice Car Cometh: A History of the Refrigerated Rail Car". The San Joaquin Historian. 10 (4): 7.
  32. ^ Anderson, Oscar Edward (1953). Refrigeration in America; a history of a new technology and its impact. Princeton: Published for the University of Cincinnati by Princeton University Press. p. 156. ISBN 978-0-8046-1621-8.
  33. ^ Anderson, Oscar Edward (1953). Refrigeration in America; a history of a new technology and its impact. Princeton: Published for the University of Cincinnati by Princeton University Press. p. 158. ISBN 978-0-8046-1621-8.
  34. ^ Anderson, Oscar Edward (1953). Refrigeration in America; a history of a new technology and its impact. Princeton: Published for the University of Cincinnati by Princeton University Press. p. 168. ISBN 978-0-8046-1621-8.
  35. ^ a b Schimd, A. "The Economics of Population Settlement: Cost of Alternative Growth Patterns" (PDF).
  36. ^ "Demographics". 2015-03-19.
  37. ^ Peden, R. "Farming in the Economy-Refrigeration and Sheep Farming".
  38. ^ Libecap. "The Rise of the Chicago Meat Packers and the Origins of Meat Inspection and Antitrust" (PDF). Economic Inquiry. 30: 242–262. doi:10.1111/j.1465-7295.1992.tb01656.x. S2CID 154055122.
  39. ^ Rockoff, Gary M. Walton, Hugh (2010). History of the American Economy (11th ed.). Mason, OH: South-Western/Cengage Learning. pp. 336–368. ISBN 978-0-324-78661-3.
  40. ^ Campbell, D. (August 2000), "When the Lights Came On" (PDF), Rural Cooperatives, archived from the original (PDF) on 2015-04-24
  41. ^ Beard, R. "Energy-Efficient Refrigeration for Farms".
  42. ^ Stelpflug, E (1950). "The Food Industry and the Part That Refrigeration Plays in It". Financial Analysts Journal. 6 (4): 37–39. doi:10.2469/faj.v6.n4.37.
  43. ^ Stelpflug, E. (1954). "Effect of Modern Refrigeration on the Modern Supermarket". Financial Analysts Journal. 10 (5): 63–64. doi:10.2469/faj.v10.n5.63.
  44. ^ Craig, L.; Goodwin B.; Grennes T. (2004). "The Effect of Mechanical Refrigeration on Nutrition in the United States". Social Science History. 28 (2): 325–336. doi:10.1017/S0145553200013183. S2CID 144508403.
  45. ^ Park, B.; Shin A.; Yoo, K.; et al. (2011). "Ecological Study for Refrigerator Use, Salt, Vegetable, and Fruit Intakes, and Gastric Cancer". Cancer Causes & Control. 22 (11): 1497–1502. doi:10.1007/s10552-011-9823-7. PMID 21805052. S2CID 24595562.
  46. ^ "Heatcraft Refrigeration Products Heatcraft Worldwide Refrigeration". www.heatcraftrpd.com.
  47. ^ "Heatcraft Refrigeration Products Heatcraft Worldwide Refrigeration". www.heatcraftrpd.com.
  48. ^ "Russell - Walk-In". russell.htpg.com.
  49. ^ "Coldzone - Unit Coolers". coldzone.htpg.com.
  50. ^ "Heatcraft Refrigeration Products Heatcraft Worldwide Refrigeration". www.heatcraftrpd.com.
  51. ^ 냉장고를 깨끗하고 얼음이 얼지 않게 보관하십시오. BBC 2008년 4월 30일
  52. ^ "Methods of Refrigeration: Ice Refrigeration, Dry Ice Refrigeration". Brighthub Engineering. 2008-12-22. Retrieved 2016-02-29.
  53. ^ Wayback Machine에 보관된 이상적인 증기압축 사이클 2007-02-26
  54. ^ Perry, R.H. & Green, D.W. (1984). Perry's Chemical Engineers' Handbook (6th ed.). McGraw Hill, Inc. ISBN 978-0-07-049479-4. (12-27 ~ 12-38 페이지 참조)
  55. ^ Goyal, Parash; Baredar, Prashant; Mittal, Arvind; Siddiqui, Ameenur. R. (2016-01-01). "Adsorption refrigeration technology – An overview of theory and its solar energy applications". Renewable and Sustainable Energy Reviews. 53: 1389–1410. doi:10.1016/j.rser.2015.09.027. ISSN 1364-0321.
  56. ^ "Air Blast Coolers Heat Exchangers Sterling TT". Sterling Thermal Technology. Retrieved 2021-08-26.
  57. ^ "4-stage thermoelectric coolers". kryothermtec.com.
  58. ^ Tušek, J.; Engelbrecht, K.; Mikkelsen, L.P.; Pryds, N. (February 2015). "Elastocaloric effect of Ni-Ti wire for application in a cooling device". Journal of Applied Physics. 117 (12): 124901. Bibcode:2015JAP...117l4901T. doi:10.1063/1.4913878.
  59. ^ Xie, Zhongjian; Sebald, Gael; Guyomar, Daniel (21 February 2017). "Temperature dependence of the elastocaloric effect in natural rubber". Physics Letters A. 381 (25–26): 2112–2116. arXiv:1604.02686. Bibcode:2017PhLA..381.2112X. doi:10.1016/j.physleta.2017.02.014. S2CID 119218238.
  60. ^ Lu, Benfeng; Liu, Jian (18 May 2017). "Elastocaloric effect and superelastic stability in Ni–Mn–In–Co polycrystalline Heusler alloys: hysteresis and strain-rate effects". Scientific Reports. 7 (1): 2084. Bibcode:2017NatSR...7.2084L. doi:10.1038/s41598-017-02300-3. PMC 5437036. PMID 28522819.
  61. ^ Renato Renner (9 February 2012). "Thermodynamics: The fridge gate". Nature. 482 (7384): 164–165. Bibcode:2012Natur.482..164R. doi:10.1038/482164a. PMID 22318595. S2CID 4416925.
  62. ^ "A new way to provide cooling without power". MIT News. Retrieved 30 November 2018.
  63. ^ "Seasonal Energy Efficiency Ratio". www.ahrinet.org. Retrieved 2020-06-09.
  64. ^ Calderone, Anthony Domenic; Hessami, Mir-Akbar; Brey, Stefan (2005-01-01). Use of Solar Desiccant Air-Conditioning Systems in Commercial Buildings. ASME 2005 International Solar Energy Conference. ASMEDC. pp. 71–78. doi:10.1115/isec2005-76107. ISBN 0-7918-4737-3.

추가 읽기

  • 냉동 볼륨, ASHRAE 핸드북, ASHRAE, Inc., Atlanta, GA
  • Stoecker and Jones, 냉동 및 에어컨, Tata-McGraw Hill 출판사
  • 마투르, M.L., 메타, F.S., 열공학 Vol II
  • MSN 엔카르타 백과사전
  • Andrew D. Althouse; Carl H. Turnquist; Alfred F. Bracciano (2003). Modern Refrigeration and Air Conditioning (18th ed.). Goodheart-Wilcox Publishing. ISBN 978-1-59070-280-2.
  • Anderson, Oscar Edward (1972). Refrigeration in America: A history of a new technology and its impact. Kennikat Press. p. 344. ISBN 978-0-8046-1621-8.
  • Shachtman, Tom (2000). Absolute Zero: And the Conquest of Cold. Mariner Books. p. 272. ISBN 978-0-618-08239-1.
  • Woolrich, Willis Raymond (1967). The men who created cold: A history of refrigeration (1st ed.). Exposition Press. p. 212.

외부 링크