یک سده برودت

یک سده برودت تاریخچه ی تبرید در سال های دهه ی 1800 ، سرد سازی طبیعی یک بخش پویا از اقتصاد بود. یخ طبیعی حاصل از رودخانه های دست نخورده و دریاچه های ایالات متحده شمالی مخصوصا نیوانگلند، خواستاران زیا دی داشت یخهای به دست آمده در حجم های بزرگ در یخ انبارها، ذخیره و برای عایق بندی با خاک اره پوشانده می شد .
پس از آن، بازرگانان یخ را در کشتی های بادبانی می ریختند که برای حفظ تعادل نیز استفاده می شد، مجددا با خاک اره پوشیده و سپس یخ به هند که طرفداران زیا دی داشت و انگلستان که علاقه کمی به آن بود، ارسال می شد .
تولید یخ، بسته به آب و هوای محل نامنظم بود. در دهه 1800 ، چندین سیستم های تبرید مکانیکی اختراع شد. این سیستم ها از مبردهایی مثل دی اکسید سولفور، کلرید متیل، اتر، دی اکسیدکربن اضافه بر شراب، براندی، سرکه و … استفاده می کردند .
سیستم های یخ ساز اولیه که بین سالهای 1850 و 1920 طراحی شدند،برای رقابت با یخ بر داشت شده از رو دخانه ها، در تمام سال یخ تولید می کردند .
تولیدکنندگان یخ طبیعی، تبلیغ می کردند که سیستم یخ سازی آنها مثل وسایل مکانیکی، دچار نقص نمی شود. چندین روش برای ساخت یخ در روزهای آغازین وجود داشت. در یک شیوه بسیار پردردسر، کارگر از یک سری صفحات 10*14 فوتی غوطه ور در آب، با یک ماده مبرد مثل آمونیاک یا آب نمک در گردش استفاده می کرد .
یخ روی هر دو طرف صفحات تشکیل می شد. این روش یخ هایی بدون حباب هوا تولید کرده واز آب آشامیدنی استفاده می شد. یخ با آب نمک گرم یا گاز داغ برداشت و به قطعاتی برای فروش بریده می شد. روش دیگر که امروزه نیز استفاده می شود، سیستم یخ قالبی بود .
شکایتی که از این سیستم می شد این بود که این روش برای جلوگیری از تشکیل حباب های هوا در یخ، نیازمند آب مقطر است. این شیوه تولید یخ موفق شد زیرا نسبت به روش صفحه ای ساده تر و کمتر، نیازمند کارگر بود. همانند روزهای اولیه، امروزه نیز قالب های 300 پوندی برای تولید یخ استفاده می شود .
در سالهای دهه ی 1880 ، از سیستم های جذبی آمونیاکی (Carre ) در تگزاس جنوبی استفاده می شد. از آن ها برای ساخت 1000 پوند یخ در روز استفاده می شد. حرارت ماشین جذبی از چوب تامین می شد .
طبق نوشته او. اندرسون، این یخ با یخ طبیعی ارسالی از بوستون به تگزاس رقابت می کرد. این ماشین در آستین بود. در این شهر دو کارخانه یخ ، یکی ماشین یخ صفحه ای و دیگری ماشین قالبی وجود داشت .
در شیکاگو یک شرکت چندین ماشین یخ صفحه ای ساخت که به کینگ رانچ در تگزاس جنوبی ارسال شد و سرانجام این کارخانجات به یخ قالبی تبدیل شدند. سیستم برودتی، یک کمپرسور مکانیکی با یک ماشین بخار بود .
رشد کارخانجات یخ ادامه یافت و کارخانه های بزرگ با ظرفیت های 20 واگن از دره ریوگرانده تا ساحل شرقی تاسیس شد. این واحدها یخ را در قالب های 300 پوندی می ساختند و پیش از بردن به واگنهای قطار خرد می شدند. اغلب آن ها از کمپرسورهای آمونیاکی با ماشین بخار استفاده می کردند. کندانسورهای اتمسفری نیز پدیدار شدند، زیرا تهیه آب چاه یا آب رو دخانه، کافی نبود .
آب کندانسور به وسیله سیستم اسپری در پشت بام کارخانه یخ، خنک یا روی یک دریاچه یا استخر اسپری می شد .
زمانی که قیمت های سوخت، مناسب ترشد، موتورهای گازی و دیزلی جایگزین بعضی محرک های بخارشد. تعدادی از کارخانه های یخ قالبی، در اواخر سال 1950 تاسیس شد. آخرین کارخانه یخ قالبی کشور در هوستون در اوایل 1980 با ظرفیت 100 تن در روز تاسیس شده است .
بعضی از سیستم های تبرید که در اوایل دهه ی 1900 نصب شده بودند، از دی اکسیدکربن (CO2) به عنوان مبرد استفاده می کردند.این سیستم ها نیازمند آب کندانسور خنک برای جلوگیری از کار کردن آن در محدوده فوق بحرانی بودند(زیر (psig 750 CO2 از صنعت آبجوسازی حاصل از تخمیر با هزینه ای کمتر از آمونیاک به دست می آمد. آب کندانسور معمولا از چاه یا رو دخانه می آمد. کمپرسورها، نتیجه تغییرات در کمپرسورهای آمونیاکی و با پیستون هایی با قطر کوچکتر بودند زیرا حجم مخصوص CO2 بسیار کمتر بود. بیشترین مصرف CO2 در دهه 1930 بود. در آن زمان از CO2 به عنوان یک سیال مبرد متوالی با آمونیاک سیستم Cascade استفاده می شد تا دمای کمتر برای غذاهای منجمد حاصل شود و سردخانه ها را خنک کند .
CO2 به همین طریق امروزه برای رسیدن تا دمای 66 درجه فارنهایت به کار می رود، شارژ آمونیاک کمتر می شود و اندازه کمپرسورهای دماپایین را کاهش می دهد. این سیستم ها علی رغم نداشتن کارآیی انرژی و هزینه سرمایه گذاری بالا، هنوز به کار می روند.
از سیستم های جذبی آمونیاکی، اولین سیستمی که از آمونیاک به عنوان مبرد استفاده کرد، هنوز هم استفاده می شود. این سیستم ها تا سال 1950 و 1960 ، تا زمانی که گرمای اضافی و گرمای فرایند یا بخار اضافی وجود داشت، با استقبال روبه رو بودند .
این نوع سیستم در روزهای نخستین، برای دستیابی به دماهای کمتر از دمای حاصل از سیستم های مکانیکی استفا ده شد. سیستم جذب آمونیاکی کلاسیک، در سال 1930 و 1940 برای تولید آمونیاک تقریبا خالص اصلاح شد. بیشتر این سیستم ها در پتروشیمی یا کارخانه های گاز نصب شد .
در چند سال گذشته، آنها را همراه با سیستم های تولید برق توربین گازی برای مراعات قوانین دولتی نصب کرده اند(برای خن ککر دن هوای ورودی).امروزه مدل های جدید سیستم های جذبی آمونیاک، با کارآیی بسیار بهترطراحی می شوند .
در اوایل دهه 1900 ، کمپرسورهای پیستونی اصلاح شدند. با این وجود آنها هنوز با دور بر دقیقه کم کار می کردند. این وسایل با موتورهای بخار پیستونی، کار می کردند. کمپرسورها را نوع باز می نامیدند زیرا میله اتصال برای جلوگیری از فرار آمونیاک یک کاسه نمد داشت. بیشتر کمپرسورها عمود بر موتور بخار بودند .
سرعت ها به تدریج بیشتر و موتورهای سنکرون به جای موتورهای بخار استفاده شدند .
کمپرسورهای آمونیاک با سرعت پایین و افقی در این سالها ساخته شدند. تا دهه 1980 ، هنوز بعضی از این کمپرسورها به خوبی کار می کردند. آنها با تسمه های تخت، توسط موتور راه اندازی می شدند .
در سا لهای 1920 و 1930 ، پیشرفت های بیشتری در حوزه کمپرسور آمونیاکی رخ داد. بیشتر ماشین ها، محفظه میل لنگ داشتند و کمپرسورهای بسته تلقی می شدند. تنها کاسه نمد موجود روی میل لنگ بود. این ماشین ها فشرده تر و کارآمدتر بودند .
آن ها با موتورهای سنکرون، با سرعت rpm 360 رانده می شدند. چندین تولیدکننده آمریکایی و اروپایی، این ماشین ها را تولید کردند .
در طی این سالها سر دخانه ها و فریزرها از کویل های لخت معمولا لوله 1/ 41 اینچی، استیل به عنوان جداره و با اشکال مخزنی در سقف استفا ده کردند. برفک گیری کویل ها، مشکل بود زیرا جدا کردن یخ از اتاق ها توسط کارگر و با دست انجام می شد. آب حاصل از میعان کولر نیز فراوان بود .
کویل ها با روغن کمپرسور مسدود می شدند زیرا سیستم های جداسازی روغن کامل نبودند. این نوع اوپراتور تا سالهای 1980 هنوز در حال استفاده بودند. در اواخر سالهای 1930 و 1940 ، جایگزینی اوپراتورهای پره دار، با کویل های لوله لخت شروع شد. بیشتر اوپراتورهای پره دار با آب برفک گیری می شدند .
اغلب سیستم های تبرید هنوز از شیرهای انبساط دستی، برای تغذیه آمونیاک به اوپراتورهای غوطه ور یا پره ای استفاده می کردند. کندانسورها از نوع لوله و دیواره افقی یا عمودی، با سیستم های اسپری پشت بامی یا استخرهای اسپری بودند. این سیستم ها برای خنک کردن آب کندانسور استفاده می شد .
در اواخر دهه 1930 و اوایل دهه 1940 ، با تکامل کمپرسورها، کمپرسور نوع V/W تولید شد که با سرعت چرخش rpm 1200 و در اندازه های 20 تا 300 اسب بخار کار می کرد .
این ماشین ها کوچک تر، سبکتر و ارزان تر از مدل های عمو دی قدیمی سا ل های دهه 1950 بودند. روغن گیرهای بهتری ساخته شد. این ماشین ها با دانش مهندسان در طول سالیان تکامل یافته است و هنوز کمپرسورهای خوبی برای سیستمهای تبرید کوچکترهستند .
بیشتر تولیدکنندگان این نوع کمپرسور (( V/W برای همه نوع مبرد شامل آمونیاک، هالوکربن ها، هیدروکربن ها و CO2 درجه بندی دارند. برای کاربر دهای دماپایین ،کمپرسورهای V/W تا زمانی که سیستم های تبرید بزرگترشدند، خوب کار می کردند در نتیجه در دهه های 1940 و 1950 ، کمپرسور روتاری هوای فشرده تغییر کردند تا در کاربردهای تبرید به صورت کمپرسور مرحله اول یا بوستر استفا ده شوند. این ماشین ها کارآمد نبودند، اما می توانستند مقدار زیا دی گاز پمپ کنند .
کنترل ظرفیت با تغییر سرعت انجام می شد.این کمپرسورها برای مبردهای مختلف در موارد کم دما استفا ده شدند. بیشتر آنها که درسیستم های آمونیاکی به کار می رفتند، با کمپرسورهای پیچی حلزونی جایگزین شدند .
در اواخر دهه 40 و حتا 50 ، سیستم های برفک گیری گاز داغ خودکار، جایگزین برف کگیری آبی اوپراتورها در فریزرها شد. بالاخره نوبت به سیستم برف کگیری برقی و هوا رسید و در دهه های 50 و 60 ، رشد قابل توجهی در صنعت غذایی منجمد رخ دا د .
این افزایش در نتیجه ایجاد انگیزه ناشی از آموختن فرایند انجما د سبزیجات، توسط کلارنس بردسی اتفاق افتاد. آن قدر کشش سیستم تبرید بیشتر شد که ظرفیت کمپرسور دوار و V/W ناکافی بود. اتاق های تجهیزات بزرگ و کمپرسورهای چند گانه، یک مساله مهم برای مهندسان کارخانجات مواد غذایی بودند. سپس استفا ده از سیستم تغذیه مایع (گر دش مجدد مایع) رواج یافت .
این سیستم در سال 1925 امتیاز استفاده گرفته بود اما به ندرت دیده می شد تا اینکه سیستم ها به اندازه کافی بزرگ شدند. کندانسورهای تبخیری، از سیستم های برج خنک کننده و دیواره و لوله، شکل گرفتند. این کندانسورها از اواخر دهه 30 عمومی شده بودند اما مصرف آنها محدود بود .
در اواخر دهه 1960 ، کمپرسور پیچی حلزونی که در سال 1935 در سوئد اختراع شده بود، در چندین کشور به جز آمریکا ساخته شد. یک پیمانکار کوچک طراحی و اجرا، اولین کمپرسور پیچی آمونیاکی را به کشور آورد و به عنوان یک کمپرسور بوستر بسته بندی کرد. این اتفاقی مهم در زمینه ی کمپرسورهای تبرید صنعتی بود. این کمپرسورهای کارآمد، نسبت به انواع پیستونی رفت و برگشتی موجود، جابه جایی بیشتری داشتند .
این نوع کمپرسور توسط شرکتی وارد شد که از آ نها در چیلرهای آبی تهویه مطبوع R-22 استفا ده می کرد. کمپرسورهای پیچی حلزونی، می توانند تقریبا برای هر سیال مبرد فشار بالا استفاده شوند .
بسته های کمپرسور پیچی اولیه، کنتر لهای رل های( logic) داشتند که بعضی از آنها هنوز هم کار می کنند. ریزپر دازنده ها در اواخر دهه 70 جایگزین کنترل های رله ای شدند .
کنترل کننده قابل برنامه ریزی نیز برای کنترل این ریزپردازنده ها استفاده می شوند. این کنترل کننده ها و بسیاری پیشرفت ها در طراحی، باعث می شوند بتوان کمپرسور حلزونی را به طور عالی کنترل کرد. در طی 30 سال گذشته، طرحهای کمپرسورهای پیچی به شیوه های زیر بهبود یافته اند: از شیر فلکه کشویی ابتدایی )کاهش ظرفیت( به سیستم هیدرولیک تبدیل شدند. از پروفیل های متقارن به نامتقارن تبدیل شدند تا کارا تر شوند. به جای یاتاقان اسلیو بلبرینگ از یاتاقان غلتکی (رولر بلبرینگ) بهره بردند تا کارا تر شوند .
برای افزایش ظرفیت سیستم از Vi ثابت به Vi متغیر تبدیل شدند،از روغ نگیرهای نوع سرندی به روغن گیری مختلط برای کاهش انتقال روغن تبدیل شدند ،طرح های داخلی برای کاهش سروصدا بهبود یافتند و برای رفع نیاز به سیستم های تبرید بزر گتر، ماشین های جابه جایی بزرگتری تولید شدند .
در اواخر دهه 1970 ، یک کمپرسور پیچی به بازار جهان معرفی شد تا از نظر مساحت جابه جایی کمتر، با کمپرسور حلزونی دوتایی رقابت کند .
طراحی های سیستم انجماد غذا، از زمان کلارنس بردسی، بسیار تغییر کرده است. سیستم انجما د اولیه، یک وسیله صفحه ای افقی بود که سبزیجات بسته بندی شده را منجمد می کرد. مایع مبرد معمولا آمونیاک و واحدها کوچک بودند .
این سیستم ها در آن زمان زیاد بودند اما یکباره سریع رشد کردند. فریزرهای صفحه ای هم افقی و هم عمودی، هنوز برای انجما د سبزیجات و موا د دیگر مثل خوراک پخته و منجمد بستهبندی شده، با اشکال مختلف در قطعات حجیم استفاده می شوند .
در اواخر دهه 1930 تا دهه 1950 ، فریزرهای تسمه ای برای انجماد سبزیجاتی مثل نخود، ذرت، لوبیا و … به کار گرفته شدند. اغلب از جریان هوای رو به پایین، روی یک لایه نازک سبزی ها استفا ده می شد .
تلاش های مختلف برای حفظ محصولات، با انجماد سریع جداگانه( IQF) انجام شد. تقریبا هیچکدام خوب عمل نکردند و «بوسترهای خوشه ای » محصولی که اغلب در صفحاتی منجمد شده بود، خرد کردند .
در دهه 1960 انجماد روان معرفی شد. اختلاف مهم این بود که هوا از ریزصفحه و با سرعتی که محصول را به حالت معلق در بیاورد، دمیده می شد. رو ش های مختلف شناورسازی وجود داشت که بعضی بهتر از دیگری عمل می کردند. بعدها یک سامانه ی دو تسمه ای ساخته شد .
اولین تسمه با محصولات میوه و سبزی که لایه ی نازکی رطوبت رویشان داشت، بار می شد .
اولین تسمه برای انجماد سریع لایه نازک رطوبت، در زمان قرارگرفتن در معرض هوای 20 – درجه فارنهایت استفاده می شد. سپس محصول به تسمه شناورسازی ریخته شد که می توانستند 6 تا 10 اینچ ضخامت داشته باشند و در 8 تا 10 دقیقه منجمد شوند. بسیاری از انواع فریزرهای IQF امروزه موجود است. این نوع سیستم برای انجما د 100.000 پوند سیب زمینی سرخ کرده در یک ساعت به کار رفته است .
محصولات بزر گتر که نیازمند زمان انجماد طولانی تر هستند، معمولا در فریزرهای مارپیچی یخ می زنند. این فریزرها معمولا محصولاتی مثل گرده های همبرگر، قطعات گوشت، پای ها، کیک ها، موا د بسته بندی شده و … را فرآوری می کنند .
چندین نوع فریزر مارپیچی وجود دارد که بعضی بیش از 3000 فوت تسمه برای ایجاد زمان انجما د در یک ساعت دارند. همه این پیشرفت های فناوری، منجر به رو شهای انجماد کارآمد کنونی برای ساخت یخ و تولید غذاهای منجمد شده است .