冷凍

冷凍、温度を下げる目的で密閉された空間や物質から熱を取り除くプロセス

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ワイン: 冷蔵
冷蔵は、いくつかの方法でワインの清澄化を助けます。 先進国や発展途上国の豊かな地域では、冷蔵は主に食品を低温で保存し、バクテリア、酵母、カビの破壊的な作用を抑制するために使用されています。 生鮮食品の多くは冷凍保存が可能で、栄養や風味を損なわず、外観を変えずに数カ月から数年間保存することができる。

機械的な冷凍システムが導入される以前、ギリシャやローマなどの古代人は、山から運んだ氷で食品を冷やしていました。 裕福な家庭では、地面に穴を掘り、木やわらで断熱した雪室を使って氷を保存していた。 こうして積もった雪や氷は、何カ月も保存することができた。

インドやエジプトでは、蒸発冷却が行われていた。 液体を急速に気化させると、急速に膨張する。 上昇する蒸気の分子は、その運動エネルギーを急激に増大させる。 この増加分の多くは蒸気の周囲から引き出されるため、蒸気が冷やされる。 このため、熱帯夜の涼しいときに浅いトレイに水を入れておくと、空気が氷点下にならなくても、蒸発が速くてトレイに氷が張ることがある。 蒸発の条件をコントロールすることで、このように大きな氷の塊も形成することができるのです。

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商業冷蔵の発明以前にイリノイ川水系から氷が収穫され家庭用に流通した方法を学ぶことができます。

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気体の急激な膨張による冷却は、今日の冷凍の主要な手段である。 先に述べた蒸発冷却の技術は何世紀も前から知られていたが、機械的な冷凍の基本的な方法が発見されたのは19世紀中頃であった。 最初に知られた人工的な冷却は、1748年にグラスゴー大学のウィリアム・カレンによって実証された。 カレンは、エチルエーテルを部分真空中で沸騰させたが、その結果は実用化には至らなかった。 1805年、アメリカの発明家オリバー・エバンスは、液体ではなく蒸気を利用した最初の冷凍機を設計した。 エバンスはその機械を作ることはなかったが、1844年にアメリカの医師ジョン・ゴリーがそれに似た機械を作った。

商業的な冷凍は、1856年にアメリカのビジネスマン、アレクサンダー・C・トゥインニングによって始められたと考えられている。 その後まもなく、オーストラリア人のハリソン(James Harrison)がゴリーとトウィニングが使っていた冷蔵庫を調べ、蒸気圧縮冷凍機を醸造業や食肉加工業に導入しました。 1859年には、フランスのフェルディナン・カレ(Ferdinand Carré)が、より複雑なシステムを開発した。 それ以前の蒸気圧縮式冷凍機は、冷却材として空気を使用していたが、カレの装置では急速に膨張するアンモニアが使用されていた。 (アンモニアは水よりはるかに低い温度で液化するため、熱をよく吸収することができるのだ)。 カレの冷蔵庫は広く普及し、蒸気圧縮冷凍機は現在も最も広く使われている冷却方法となった。

アンモニアはうまく使ったものの、漏れると有毒で不快という大きな欠点があった。 1920年代に入り、多くの合成冷媒が開発されるまで、冷凍技術者たちは、許容できる代替品を探した。 その中で最もよく知られているのが、「フロン」という商品名で特許を取得した物質である。 化学的には、メタン (CH4) の 4 つの水素原子を 2 つの塩素原子と 2 つのフッ素原子で置換して、ジクロロフルオロメタン (CCl2F2) を作り、無臭で非常に大量の場合にのみ有毒です。

現代の蒸気圧縮冷凍システムの基本コンポーネントは圧縮機、凝縮器、弁、毛細管、エンジン、タービンといった膨張装置、および蒸発器です。 ガス冷却材はまずピストンで圧縮され、チューブを通して凝縮器に押し込まれる。 凝縮器では、蒸気を含む巻管は、循環する空気または水槽の中を通り、圧縮されたガスの熱エネルギーの一部が除去されます。 冷却された蒸気は、膨張弁を通ってより低圧の場所に送られる。蒸気は膨張するとき、その周囲または接触している媒体から膨張のエネルギーを得ることができる。 蒸発器は、蒸気を冷却したい場所に接触させて直接空間を冷却することもあれば、水などの二次媒体を冷却して間接的に作用させることもある。 ほとんどの家庭用冷蔵庫では、蒸発器を含むコイルが食品室の空気に直接触れている。

1960年代には、半導体のある特性が業務用冷凍に利用され始めました。 ペルチェ効果とは、1834年にフランスの化学者ジャン・ペルチェが、2種類の金属の接合部に電流を流すと、接合部が冷却されることがあることを発見したことにちなんで名付けられたものである。 テルル化ビスマスなどの半導体で作ると、ペルチェ効果は十分実用化できる大きさになる

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