یخچال

پپش از آنکه سيستم هاي خنک کننده مکانيکي اختراع شوند مردم غذاهايشان را با برف و يخ خنک نگه مي داشتند. برف و يخ يا در محل سکونت مردم پيدا مي شد يا آنها را از قله کوه ها فراهم مي آوردند. سرداب هاي نخستين سوراخ هايي بودند که در زمين حفر مي شدند؛ آنها را با چوب يا کاه و پوشال مرتب و سرآخر برف و يخ در آن پر مي کردند. در بيشتر طول تاريخ منظور از يخچال چنين حفره اي بوده است.
کار يخچال گرفتن گرما از مواد غذايي در يک فضاي بسته است تا دماي آنها را کاهش دهد که اين کار را با عمل تبخير مايع انجام مي دهد و به اين ترتيب گرما را جذب مي کند. مايع يا ماده سردکننده اي که در يخچال به کار مي رود در دماي خيلي پاييني بخار مي شود و باعث مي شود داخل يخچال به دماي انجماد برسد که براساس اين اصل فيزيک کار مي کند که يک مايع به روش تراکم سريع تبخير مي شود، بخار که به راحتي منبسط مي شود نياز به انرژي جنبشي دارد و اين نياز را از فضاي دور و برش تامين مي کند؛ يعني غذاهايي که آنجا هستند انرژي گرمايي خود را از دست مي دهند و سرد مي شوند.

ابتدايي‌ترين نوع يخچال را ژاکوب پراکنيز در سال 1834 ميلادي اختراع کرد. از آن پس اين اختراع همواره در حال تحول و دگرگوني بود، تا اين‌که اولين يخچال برقي توسط ديوو آمريکايي در سال 1869 به بازار عرضه شد. در يخچال برقي توليد سرما بر اساس اصل تراکم و انبساط يک نوع گاز با درجه حرارت تبخير پايين، احتياج به تخصص و تجهيزات خاص در زمينه ترموديناميک و مکانيک سيالات دارد.
سرمايشي که با انبساط سريع گازها صورت مي گيرد اساس کار يخچال هاي امروزي است.نخستين يخچال دست ساز را ويليام کولن در سال ???? ميلادي در دانشگاه گلاسکو به نمايش گذاشت. البته او هيچ وقت اختراع خود را به استفاده عملي نرساند. سال ???? ميلادي مخترع امريکايي به نام اوليور اوانز اولين يخچال را طراحي کرد اما اولين يخچالي را که مي توانست مورد استفاده قرار بگيرد جاکوب پرکينز در سال ???? اختراع کرد که در آن در چرخه تراکم گاز اتر به کار مي رفت. پزشک امريکايي جان گري در سال ???? براساس طرح اليور ايوانز يخچالي ساخت که يخ بسازد تا بتواند بيماران مبتلا به تب زرد خود را خنک کند.
مهندس آلماني کارل ون ليندن نه يخچال که فرآيند مايع کردن گاز را در سال ???? به نام خود ثبت کرد که بخش اصلي فناوري به کار رفته در يخچال است.در يخچال هاي اواخر سال هاي ???? ميلادي تا ???? گازهاي سمي آمونياک، متيل کلريد و دي اکسيد گوگرد براي مايع خنک کننده به کار گرفته مي شدند.
نشت متيل کلريد در سال هاي ???? چندين حادثه مهلک آفريد و سه شرکت امريکايي را بر آن داشت که تحقيقات مشترکي براي يافتن روشي کم خطرتر جهت سرد کردن مواد غذايي آغاز کنند. تلاش هاي آنها به کشف گاز فرئون دار منجر شد. در عرض چند سال يخچال هاي فرئون دار به يکي از لوازم اصلي آشپزخانه بدل شدند. چند دهه طول کشيد تا مردم فهميدند کلروفلورو کربن ها هم لايه ازن کره زمين را دچار مشکل مي کنند.
? يخچال چطور کار مي کند
تا حالا پيش آمده تابستان از استخر بيرون بياييد و همان طور که زير آفتاب ايستاده ايد احساس سرما کنيد؟ اين احساس براي اين اتفاق مي افتد که آب از روي پوست بدنتان بخار مي شود. جريان هوا بخار آب را با خود مي برد و با آن کمي گرما هم از روي پوستتان مي رود. اين مکانيسم بسيار شبيه اتفاقي است که درون يخچال هاي قديمي مي افتد. البته در يخچال مواد شيميايي به عنوان خنک کننده به کار مي روند.
? يخچال هاي قديمي
اگر به پشت يا زير يخچال هاي قديمي نگاه کنيد لوله دراز و باريکي مي بينيد که پيچ خورده و به جلو و عقب رفته. اين لوله به پمپي متصل است که با يک موتور الکتريکي کار مي کند. داخل لوله پر از گاز فرئون به نام تجاري کلروفلورو کربن يا CFC است.
بعد از اثبات خطرناک بودن فرئون، حالا از مواد شيميايي ديگر با فرآيند کمي متفاوت استفاده مي شود. ابتدا CFC در لوله ها به صورت مايع است. پمپ CFC را به درون کويل هاي متعدد منطقه فريزر وارد مي کند. در آنجا ماده شيميايي به بخار تبديل مي شود و حين تبديل به بخار مقداري گرما از محفظه فريزر به خود جذب مي کند.
به اين ترتيب کويل ها خنک تر شده و فريزر هم سردتر مي شود. در يخچال هاي معمولي تعداد کويل ها کمتر و فضاي يخچال بزرگ تر است بنابراين کويل ها و بخار CFC گرماي کمتري به خود جذب مي کنند. سپس پمپ بخار CFCرا مي مکد و آن را با فشار درون لوله هاي باريک تر مي راند که در سطح خارجي يخچال قرار گرفته اند.
در آنجا CFC متراکم مي شود و دوباره به شکل مايع درمي آيد و گرما پس مي دهد که هواي اطراف يخچال آن را جذب مي کند. به همين علت است که پشت يا زير يخچال کمي گرم تر از اطراف آن است. هر بار که CFC از کويل هاي بيروني بگذرد مايع آماده است که دوباره به درون يخچال و فريزر بيايد و کار خنک سازي را انجام دهد.
? يخچال هاي امروزي
در يخچال هاي جديد CFC به کار نمي رود چون انواع CFCها اگر در طبيعت آزاد شوند براي جو مضر هستند. به جاي آن گاز ديگري به نام HFC يا تترا فلورواتان به کار مي رود. HFC وقتي تا دماي ?/?? درجه سانتيگراد سرد شود به مايع تبديل مي شود.
موتور و کمپرسور HFC را فشرده مي کنند. وقتي گاز فشرده مي شود فشارش بالا مي رود و گرم مي شود. وقتي گاز گرم و فشرده درون کويل هاي پشت يا زير يخچال هاي جديد مي گذرد، گرماي خود را به هواي اتاق منتقل مي کند. براساس قوانين ترموديناميک وقتي HFC خنک مي شود چون تحت فشار است به مايع تبديل مي شود. مايع درون شير انبساط جاري مي شود که شکاف ظريف و باريکي است که مايع درون آن فشرده مي شود. بين شير و کمپرسور فضايي با فشار پايين ايجاد مي شود چون کمپرسور گاز را از آن طرف به خود مي کشد.
وقتي HFC به منطقه کم فشار مي رسد به جوش مي آيد و دوباره تبديل به گاز مي شود. کويل تا فريزر و يخچال ادامه دارد و در آنجا مايع سردتر درون کويل حرارت را از اجزاي داخل يخچال به خود مي گيرد. اين فرآيند داخل فريزر و کل يخچال را سرد مي کند.

کار يخچال گرفتن گرما از مواد غذايي در يک فضاي بسته است تا دماي آنها را کاهش دهد که اين کار را با عمل تبخير مايع انجام مي دهد و به اين ترتيب گرما را جذب مي کند.