History of Refrigeration

History of Refrigeration

Refrigeration is a process of removing heat, which means cooling an area or a substance below the environmental temperature. Mechanical refrigeration makes use of (he evaporation of a liquid refrigerant, which goes through a cycle so that it can be reused. The main cycles include vapour-compression, absorption steam-jet or steam-ejector, and airing. The term ‘refrigerator’ was first introduced by a Maryland farmer Thomas Moore in 1803, but it is in the 20th century that the appliance we know today first appeared

People used to find various ways to preserve their food before the advent of mechanical refrigeration systems. Some preferred using cooling systems of ice or snow, which meant that diets would have consisted of very little fresh food or fruits and vegetables, but mostly of bread, cheese and salted meals. For milk and cheeses, it was very difficult to keep them fresh, so such foods were usually stored in a cellar or window box. In spite of those measures, they could not survive rapid spoilage. Later on, people discovered that adding such chemical as sodium nitrate or potassium nitrate to water could lead to a lower temperature. In 1550 when this technique was first recorded, people used it to cool wine, as was the term ‘to refrigerate’. Cooling drinks grew very popular in Europe by 1600, particularly in Spain, France, and Italy. Instead of cooling water at night, people used a new technique: rotating long-necked bottles of water which held dissolved saltpeter. The solution was intended to create very low temperatures and even to make ice. By the end of the 17th century, iced drink including frozen juices and liquors tad become extremely fashionable in France.

People’s demand for ice soon became strong. Consumers’ soaring requirement for fresh food, especially for green vegetables, resulted in reform in people’s dieting habits between 1830 and the American Civil War, accelerated by a drastic expansion of the urban areas arid the rapid amelioration in an economy of the populace. With the growth of the cities and towns, he distance between the consumer and the source of food was enlarged. In 1799s as a commercial product, ice was first transported out of Canal Street in New York City to Charleston, South Carolina. Unfortunately, this transportation was not successful because when the ship reached the destination, little ice left. Frederick Tudor and Nathaniel Wyeth, two New England’ businessmen, grasped the great potential opportunities for ice business and managed to improve the storage method of ice in the process of shipment. The acknowledged ‘Ice King’ in that time, Tudor concentrated his efforts on bringing he ice to the tropica1 areas. In order to achieve his goal and guarantee the ice to arrive at the destination safely he tried many insulating materials in an experiment and successfully constructed the ice containers, which reduce the ice loss from 66 per cent to less than 8 per cent at drastically. Wyeth invented an economical and speedy method to cut the ice into uniform blocks, which had a tremendous positive influence on the ice industry. Also, he improved the processing techniques for storing, transporting and distributing ice with less waste.

When people realised that the ice transported from the distance was not as clean as previously thought and gradually caused many health problems, it was more demanding to seek the clean natural sources of ice. To make it worse, by the 1890s water pollution and sewage dumping made clean ice even more unavailable. The adverse effect first appeared in the blowing industry, and then seriously spread to such sectors as meat packing and dairy industries. As a result, the clean, mechanical refrigeration was considerately in need.

Many inventors with creative ideas took part in the process of inventing refrigeration, and each version was built on the previous discoveries. Dr William Cullen initiated to study the evaporation of liquid under the vacuum conditions in 1720. He soon invented the first man-made refrigerator at the University of Glasgow in 1748 with the employment of ethyl ether boiling into a partial vacuum. American inventor Oliver Evans designed the refrigerator firstly using vapour rather than liquid in 1805. Although his conception was not put into practice in the end the mechanism was adopted by an American physician John Gorrie, who made one cooling machine similar to Evans’ in 1842 with the purpose of reducing the temperature of the patient with yellow fever in a Florida hospital. Until 1851, Evans obtained the first patent for mechanical refrigeration in the USA. In 1820, Michael Faraday, a Londoner, first liquefied ammonia to cause cooling. In 1859, Ferdinand Carre from France invented the first version of the ammonia water cooling machine. In 1873, Carl von Linde designed the first practical and portable compressor refrigerator in Munich, and in 1876 he abandoned the methyl ether system and began using ammonia cycle. Linde later created a new method (‘Linde technique’) for liquefying large amounts of air in 1894. Nearly a decade later, this mechanical refrigerating method was adopted subsequently by he meat packing industry in Chicago.

Since 1840, cars with the refrigerating system had been utilised to deliver and distribute milk and butter. Until 1860, most seafood and dairy products were transported with cold-chain logistics. In 1867, refrigerated, railroad cars are patented to J.B, Sutherland from Detroit, Michigan, who invented insulated cars by installing the ice bunkers at the end of the cars: air came in from the top, passed through the bunkers, circulated through the cars by gravity and controlled by different quantities of hanging flaps which caused different air temperatures. Depending on the cargo (such as meat, fruits etc.) transported by the cars, different car designs came into existence. In 1867, the first refrigerated car to carry fresh fruit was manufactured by Parker Earle of Illinois, who shipped strawberries on the Illinois Central Railroad. Each chest was freighted with 100 pounds of ice and 200 quarts of strawberries. Until 1949, the trucking industry began to be equipped with the refrigeration system with a roof-mounted cooling device, invented by Fred Jones.

From the late 1800s to 1929, the refrigerators employed toxic gases – methyl chloride, ammonia, and sulfur dioxide – as refrigerants. But in the 1920s, a great number of lethal accidents took place due to the leakage of methyl chloride out of refrigerators. Therefore, some American companies started to seek some secure methods of refrigeration. Frigidaire detected a new class of synthetic, refrigerants called halocarbons or CFCs (chlorofluorocarbons) in 1928. this research led to the discovery of chlorofluorocarbons (Freon), which quickly became the prevailing material in compressor refrigerators. Freon was safer for the people in the vicinity, but in 1973 it was discovered to have detrimental effects on the ozone layer. After that, new improvements were made, and Hydrofluorocarbons, with no known harmful effects, was used in the cooling system. Simultaneously, nowadays, Chlorofluorocarbons (CFS) are no longer used; they are announced illegal in several places, making the refrigeration far safer than before.

Lịch sử của kỹ thuật làm lạnh

Làm lạnh là một quá trình loại bỏ nhiệt, có nghĩa là làm lạnh một khu vực hoặc một chất thấp hơn nhiệt độ môi trường. Làm lạnh cơ học dùng sự bay hơi của dung dịch làm lạnh, tạo thành một chu trình, từ đó có thể tái sử dụng. Các chu trình chính bao gồm nén hơi, phun hoặc bơm phun hơi hấp thụ và thông khí. Thuật ngữ ‘tủ lạnh’ được giới thiệu lần đầu tiên bởi Thomas Moore, một nông dân Maryland vào năm 1803, nhưng phải đến thế kỷ 20, thiết bị mà chúng ta biết ngày nay mới xuất hiện lần đầu tiên.

Người ta đã từng tìm nhiều cách khác nhau để bảo quản thực phẩm trước khi hệ thống làm lạnh dạng cơ ra đời. Một số người thích sử dụng hệ thống làm mát bằng băng đá hoặc tuyết, có nghĩa là chế độ ăn sẽ chỉ bao gồm rất ít thực phẩm tươi sống hoặc trái cây và rau xanh, mà chủ yếu là bánh mì, pho mát và thịt muối. Đối với sữa và pho mát, rất khó để giữ chúng tươi, vì vậy những loại thực phẩm này thường được bảo quản trong hầm hoặc hộp đựng có lỗ. Bất chấp những biện pháp đó, chúng không thể vượt qua được việc bị hư hỏng nhanh chóng. Sau đó, người ta phát hiện ra rằng thêm hóa chất như natri nitrat hoặc kali nitrat vào nước có thể làm giảm nhiệt độ. Vào năm 1550 khi kỹ thuật này lần đầu tiên được ghi nhận như thuật ngữ “làm lạnh”, người ta sử dụng nó để làm lạnh rượu vang. Đồ uống giải nhiệt đã trở nên rất phổ biến ở Châu Âu vào năm 1600, đặc biệt là ở Tây Ban Nha, Pháp và Ý. Thay vì làm mát nước vào ban đêm, người ta sử dụng một kỹ thuật mới: xoay tròn những chai nước cổ dài đựng kali nitrat (diêm tiêu) hòa tan. Giải pháp này nhằm tạo ra nhiệt độ rất thấp và thậm chí để làm đá. Vào cuối thế kỷ 17, đồ uống có đá bao gồm nước trái cây và rượu đông lạnh trở nên cực kỳ thịnh hành ở Pháp.

Nhu cầu về băng đá của mọi người sớm trở nên mạnh mẽ. Yêu cầu tăng cao của người tiêu dùng đối với thực phẩm tươi sống, đặc biệt là đối với rau xanh, đã dẫn đến cải cách trong thói quen ăn uống của người dân từ năm 1830 đến Nội chiến Hoa Kỳ, được thúc đẩy bởi sự mở rộng mạnh mẽ của các khu vực đô thị và sự phát triển nhanh chóng trong nền kinh tế dân cư. Với sự phát triển của các thành phố và thị trấn, khoảng cách giữa người tiêu dùng và nguồn thực phẩm ngày càng được mở rộng. Vào những năm 1799 với tư cách là một sản phẩm thương mại, băng đá lần đầu tiên được vận chuyển từ Phố Canal ở Thành phố New York đến Charleston, Nam Carolina. Thật không may, việc vận chuyển này đã không thành công vì khi con tàu đến đích, chỉ còn một ít đá còn sót lại. Frederick Tudor và Nathaniel Wyeth, hai doanh nhân người New England, đã nắm bắt được những cơ hội tiềm năng to lớn cho việc kinh doanh đá và tìm cách cải tiến phương pháp bảo quản đá trong quá trình vận chuyển. Là ‘Vua đá” được công nhận vào thời điểm đó, Tudor đã tập trung nỗ lực của mình để đưa đá đến các khu vực nhiệt đới. Để đạt được mục tiêu và đảm bảo đá đến đích an toàn, ông đã thử nhiều vật liệu cách nhiệt trong một thử nghiệm và chế tạo thành công các thùng chứa đá, giúp giảm đáng kể lượng đá tan từ ​​66% xuống dưới 8%. Wyeth đã phát minh ra một phương pháp mang tính kinh tế và nhanh chóng để cắt đá thành những khối đồng nhất, có ảnh hưởng tích cực to lớn đến ngành công nghiệp làm đá. Ngoài ra, ông còn cải tiến các kỹ thuật xử lý để lưu trữ, vận chuyển và phân phối đá với ít hao tổn.

Khi nhận ra rằng đá được vận chuyển từ xa đến không sạch như người ta vẫn nghĩ trước đây và lâu dần gây ra nhiều vấn đề về sức khỏe thì việc tìm kiếm những nguồn đá sạch tự nhiên càng trở nên khắt khe hơn. Tệ hơn nữa, vào những năm 1890, ô nhiễm nguồn nước và xả chất thải khiến băng đá sạch càng không có sẵn. Tác động bất lợi đầu tiên xuất hiện trong ngành công nghiệp rượu bia, sau đó lan rộng nghiêm trọng sang các lĩnh vực như đóng gói thịt và công nghiệp sữa. Kết quả là, làm lạnh cơ học sạch sẽ là rất cần thiết.

Nhiều nhà phát minh với những ý tưởng sáng tạo đã tham gia vào quá trình phát minh ra kỹ thuật làm lạnh, và mỗi phiên bản đều được thiết kế dựa trên những khám phá trước đó. Tiến sĩ William Cullen bắt đầu nghiên cứu sự bay hơi của chất lỏng trong điều kiện chân không vào năm 1720. Ông đã sớm phát minh ra chiếc tủ lạnh nhân tạo đầu tiên tại Đại học Glasgow vào năm 1748 với việc sử dụng ete etylic đun sôi trong một phần chân không. Nhà phát minh người Mỹ Oliver Evans đã thiết kế tủ lạnh đầu tiên sử dụng hơi thay vì chất lỏng vào năm 1805. Mặc dù quan niệm của ông không được áp dụng vào thực tế nhưng cuối cùng cơ chế này đã được một bác sĩ người Mỹ John Gorrie, người đã chế tạo ra một chiếc máy làm mát tương tự như Evans ‘vào năm 1842 áp dụng với mục đích làm giảm thân nhiệt của bệnh nhân sốt vàng da tại một bệnh viện ở Florida. Cho đến năm 1851, Evans đã nhận được bằng sáng chế đầu tiên về cơ lạnh ở Hoa Kỳ. Năm 1820, Michael Faraday, người London, lần đầu tiên hóa lỏng amoniac để làm mát. Năm 1859, Ferdinand Carre đến từ Pháp đã phát minh ra phiên bản đầu tiên của máy làm mát bằng nước amoniac. Năm 1873, Carl von Linde thiết kế tủ lạnh nén di động và thiết thực đầu tiên ở Munich, và vào năm 1876, ông từ bỏ hệ thống metyl ete và bắt đầu sử dụng chu trình amoniac. Linde sau đó đã tạo ra một phương pháp mới (‘kỹ thuật Linde’) để hóa lỏng một lượng lớn không khí vào năm 1894. Gần một thập kỷ sau, phương pháp làm lạnh cơ học này được áp dụng vào ngành công nghiệp đóng gói thịt ở Chicago.

Kể từ năm 1840, những toa xe có hệ thống làm lạnh đã được sử dụng để giao và phân phối sữa và bơ. Cho đến năm 1860, hầu hết các sản phẩm thủy sản và sữa đều được vận chuyển bằng dịch vụ dây chuyền lạnh. Năm 1867, toa xe lửa làm lạnh được cấp bằng sáng chế cho JB, Sutherland từ Detroit, Michigan, người đã phát minh ra các toa cách nhiệt bằng cách lắp đặt các thùng chứa đá ở cuối toa: không khí đi vào từ phía trên, đi qua các thùng đá, lưu thông qua các toa nhờ trọng lực và được điều khiển bởi các số lượng của các van khác nhau tạo ra nhiệt độ không khí khác nhau. Tùy thuộc vào hàng hóa (chẳng hạn như thịt, trái cây, vv) được vận chuyển bằng toa xe, các kiểu dáng toa xe khác nhau ra đời. Năm 1867, toa xe đông lạnh đầu tiên chở trái cây tươi được sản xuất bởi Parker Earle ở Illinois, người vận chuyển dâu tây bằng Đường sắt Trung tâm Illinois. Mỗi thùng được vận chuyển cùng với 100 pound đá và 200 bình dâu tây. Cho đến năm 1949, ngành vận tải đường bộ bắt đầu được trang bị hệ thống lạnh với thiết bị làm mát gắn trên mái, do Fred Jones sáng chế.

Từ cuối những năm 1800 đến năm 1929, tủ lạnh sử dụng các khí độc – metyl clorua, amoniac và lưu huỳnh đioxit – làm chất làm lạnh. Nhưng trong những năm 1920, một lượng lớn các vụ tai nạn chết người đã xảy ra do sự rò rỉ của metyl clorua từ tủ lạnh. Do đó, một số công ty Mỹ bắt đầu tìm kiếm một số phương pháp làm lạnh an toàn. Frigidaire đã phát hiện ra một loại chất làm lạnh tổng hợp mới được gọi là halocarbon hoặc CFC (chlorofluorocarbons) vào năm 1928. Nghiên cứu này dẫn đến việc phát hiện ra chlorofluorocarbons (Freon), nhanh chóng trở thành vật liệu phổ biến trong tủ lạnh dạng nén. Freon an toàn hơn cho người dùng ở gần, nhưng vào năm 1973, người ta phát hiện chất này gây hại cho tầng ôzôn. Sau đó, những cải tiến mới đã được thực hiện và Hydrofluorocarbons, chưa được biết là có hại, đã được sử dụng trong hệ thống làm mát. Đồng thời, ngày nay, Chlorofluorocarbons (CFS) không còn được sử dụng nữa; chúng được công bố là bất hợp pháp ở một số nơi, làm cho việc làm lạnh an toàn hơn nhiều so với trước đây.