ตู้เย็น

ตู้เย็น เป็นเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ทำความเย็นโดยประกอบด้วยสองส่วนหลัก ๆ คือ ส่วนฉนวนป้องกันความร้อน (ป้องกันไม่ให้ความร้อนไหลเข้ามา) และ ส่วนทำความเย็น (ปั๊มที่นำความร้อนออกไปสู่ภายนอกซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่า) คนส่วนใหญ่ใช้ตู้เย็นเก็บอาหาร เพื่อป้องกันการเน่าเสีย เนื่องจากแบคทีเรียเติบโตช้ากว่าในอุณหภูมิต่ำ ตู้เย็นมีหลายประเภทตั้งแต่แบบที่มีอุณหภูมิสูงกว่าจุดเยือกแข็ง (ช่องธรรมดา) แบบที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งเล็กน้อย (ช่องแช่แข็ง, ช่องฟรีซ) ก่อนที่จะมีตู้เย็นประเทศในเขตหนาวใช้กล่องน้ำแข็ง (icebox) ในการรักษาอาหาร
ช่องแช่แข็งของตู้เย็นที่ขายอยู่ทั่วไปมีอุณหภูมิประมาณ -18 °C (ประมาณ 0 °F) สำหรับตู้เย็นที่ใช้ในบ้านมักมีช่องธรรมดาและช่องแช่แข็งรวมกัน และมักใช้เครื่องทำความเย็นร่วมกัน (บางครั้งก็แยกกัน) ตู้เย็นรุ่นใหม่ ๆ มักมีเครื่องทำน้ำแข็งติดตั้งมาพร้อมกัน
ตู้เย็นขนาดใหญ่รวมทั้งเครื่องทำน้ำแข็งขนาดใหญ่ในโรงงานมักใช้แก๊สแอมโมเนียซึ่งเป็นอันตรายในการทำการทำความเย็น ทำให้ไม่ปลอดภัยในการใช้ในบ้านเรือน ต่อมาในช่วงทศวรรษ 1930s ที่สหรัฐอเมริกาได้สังเคราะห์สารเคมีราคาถูก ไม่เป็นพิษ ไม่ติดไฟ เช่น แก๊สฟรีออน

ประวัติ

ก่อนการประดิษฐ์ตู้เย็นประเทศในเขตหนาวได้มีการตัดน้ำแข็งก้อนใหญ่จากทะเลสาบในฤดูหนาวมาเก็บในขี้เลื่อยไว้ใช้ตลอดปี ในประเทศไทยคนส่วนมากเก็บอาหารไว้ในตู้กับข้าวซึ่งป้องกันแมลงและหนูมารบกวนเท่านั้น ไม่สามารถป้องกันการเน่าเสีย คนไทยมีวิธีอื่น ๆ อีกมากเพื่อถนอมอาหาร เช่น หมัก ดอง แช่อิ่ม ตากแห้ง รมควัน นอกจากนี้คนไทยยังเก็บน้ำฝนไว้ในโอ่งดินซึ่งทำให้น้ำเย็นตามธรรมชาติ
ในศตวรรษที่ 11 มุสลิมนักฟิสิกส์และเคมีชาวเปอร์เซีย, อวิเซ็นน่า หรือ อิบนูซีนา (Ibn Sina หรือ Avicenna) ประดิษฐ์เครื่องควบแน่น (refrigerated coil) เพื่อใช้ในการกลั่นน้ำมันหอม นี่เป็นการพัฒนาการกลั่น โดยอวิเซ็นน่าเป็นคนแรกที่ใช้การกลั่นด้วยไอน้ำ ซึ่งต้องใช้เครื่องควบแน่นในการทำให้ไอกลั่นตัวเป็นหยดน้ำในระยะทางสั้นเพื่อผลิตน้ำมันหอม กระบวนการกลั่นนี้ได้ใช้มาถึงปัจจุบัน โดยในประเทศไทยได้ใช้ในการผลิตน้ำมันหอมระเหย
วิลเลียม คัลเลน (William Cullen) ประดิษฐ์ตู้เย็นเป็นครั้งแรกที่มหาวิทยาลัยกลาสโกว (University of Glasgow) ในปี 1748 หลังจากนั้นในปี 1805 เมื่อโอลิเวอร์ อีวาน (Oliver Evans) ได้ประดิษฐ์ตู้เย็นที่ใช้ไอทำความเย็น ต่อมาในปี 1902 วิลลิส ฮาวิแลนด์ คาริเออร์ (Willis Haviland Carrier) ได้ประดิษฐ์เครื่องปรับอากาศ ในปี 1850 ถึง ปี 1851, ดร. จอห์น โกรี (John Gorrie) ประดิษฐ์เครื่องทำน้ำแข็ง ในปี 1857 เจมส์ แฮริสัน (James Harrison) วิศวกรชาวออสเตรเลียได้ประดิษฐ์ตู้เย็นที่ทำความเย็นด้วยการอัดไอเพื่อใช้ในอุตสาหกรรมเนื้อแช่แข็ง ต่อมาเฟอร์ดินานด์ คารี่ (Ferdinand Carré) ชาวฝรั่งเศสได้พัฒนาระบบให้ซับซ้อนในปี 1859 โดยใช้แก๊สแอมโมเนียซี่งระเหยเร็วเป็นตัวระบายความร้อนแทนอากาศ  jojo

การออกแบบ

ตู้เย็นทำความเย็นโดยปั๊มความร้อนในการทำความเย็น โดยในแต่ละรอบของการทำความเย็น สารทำความเย็นเช่น R134a เข้าไปในเครื่องอัดความดันหรือที่เรียกกันว่าคอมเพรสเซอร์ (compressor) ที่มีความดันต่ำอุณหภูมิที่จุดเดือด แล้วอัดไอนั้น พออัดจนมีความดันสูงไอก็จะร้อน (สังเกตจากเวลาสูบลมจักรยาน) ไอร้อนความดันสูงเข้าไปในเครื่องควบแน่น (condenser) แล้วออกมาเป็นของเหลวความดันสูงที่จุดเดือด หลังจากนั้นก็ไปที่แผงระบายความร้อน สารทำความเย็นที่เป็นของเหลวอุณหภูมิเย็นลงแล้วไหลไปที่ใกล้กับส่วนที่ต้องการให้เย็น ความดันลดลงอย่างรวดเร็ว กลายเป็นก๊าซอุณหภูมิต่ำ (เหมือนเวลาปล่อยลมออกจากล้อจักรยาน แล้วก็ไหลไปเป็นวงจรเรื่อย ๆ
นอกจากนี้ยังมีอีกหลายวิธีในการทำความเย็น

ประสิทธิภาพของตู้เย็น

ตู้เย็นที่กินไฟมากสุดคือแบบละลายน้ำแข็งอัตโนมัติ เพราะต้องมีตัวเป่าความชื้นออกจากใบของพัดลมในตู้เย็น และยังต้องมีการเพิ่มอุณหภูมิเป็นพัก ๆ แบบที่รองลงมาได้แก่แบบไม่มีระบบละลายน้ำแข็งเลย แต่ว่าน้ำแข็งที่เกาะในตู้เย็นก็ทำให้กินไฟมากขึ้น ผู้ใช้ควรหมั่นละลายน้ำแข็ง และแบบที่มีปุ่มกดละลายน้ำแข็งกินไฟที่สุด แต่ผู้ใช้มักไม่ซื้อตู้เย็นประหยัดไฟเนื่องจากมีราคาแพง 
ตู้เย็นเป็นเครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้านที่กินไฟมาก (เกือบจะมากที่สุด รองจากเครื่องปรับอากาศ) ในช่วงยี่สิบปีมานี้มีการแข่งขันของผู้ผลิตในการพัฒนาตู้เย็นประหยัดไฟมากขึ้น ตู้เย็นที่มีคุณภาพดีในปัจจุบันกินไฟประมาณ 1 ยูนิต (กิโลวัตต์-ชั่วโมง) ต่อวัน สำหรับตู้เย็นหรือเครื่องทำน้ำแข็งขนาดใหญ่อาจกินไฟถึง 4 ยูนิตต่อวัน 
ตู้เย็นที่มีช่องแช่แข็งอยู่ด้านบนจะกินไฟน้อยกว่าแบบที่มีช่องแช่แข็งอยู่ด้านล่างในความจุที่เท่ากัน ส่วนแบบที่มีช่องแช่แข็งอยู่ด้านข้าง จะกินไฟมากที่สุด  นักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยออกซฟอร์ด ได้ผลิตตู้เย็นตามแบบของไอสไตน์ ที่ประดิษฐ์ครั้งแรกในปี 1930 โดยตู้เย็นนี้ไม่ใช้ไฟฟ้า และไม่มีส่วนของก๊าซที่ทำลายชั้นบรรยากาศ
ตู้เย็นที่มีประสิทธิภาพมากสุดตามทฤษฎีคือตู้เย็นคาร์โนต์ซึ่งไม่สามารถผลิตได้จริง

ผลต่อชีวิตประจำวัน

ตู้เย็นสามารถถนอมอาหารให้สดใหม่ได้นาน ทำให้ครอบครัวส่วนใหญ่สามารถซื้ออาหารมาเก็บไว้ได้ทีละมาก ๆ นอกจากนี้ยังนำไปสู่การสร้างห้างสรรพสินค้าซึ่งมีอาหารหลากหลายชนิด ส่งผลให้โภชนาการของประชาชนทั่วไปดีขึ้น การขาดสารอาหารลดลง ผลิตภัณท์นม เนื้อสัตว์ ปลา เป็ดไก่ ผัก และอาหารทะเลสามารถเก็บในตู้เย็นที่อยู่ในห้องครัวได้ (ควรเก็บเนื้อดิบ ๆ แยกต่างหากเพื่อความสะอาด)
ผู้คนสามารถรับประทานอาหารที่หลากหลายในมื้อเดียว เช่น สลัดผัก นอกจากนี้ยังมีอาหารที่มาจากหลายที่ เช่น ภาคอีสานสามารถรับประทานอาหารทะเลเพื่อป้องกันโรคคอพอก การส่งออกอาหารแช่แข็งก็เป็นอุตสาหกรรมที่ทำรายได้มากมาย

ขนาด

ขนาดของตู้เย็นวัดเป็นลิตรหรือคิว (คำว่าคิวมาจาก cubic foot/feet หมายถึงลูกบาศก์ฟุต) เช่น 100 ลิตร (3.53 คิว) เป็นช่องแช่แข็งกับ 140 ลิตร (4.94 คิว) สำหรับช่องธรรมดา
ตู้เย็นมีหลายขนาด แบ่งตามการใช้งาน เช่น ขนาดเป็นห้องใหญ่ ๆ เพื่อใช้ในอุตสาหกรรม จนถึง 2-3 คิวที่ใช้ในบ้านเรือน
ประเภทของตู้เย็นโดยแบ่งตามลักษณะทางกายภาพ แบ่งใน 4 แบบ คือ
1.แบบ traditional : เป็นแบบที่นิยมกันมากที่สุด ช่องแช่แข็งอยู่ด้านบน ส่วนแช่เย็นปกติอยู่ด้านล่าง มีทั้งแบบที่2ประตูที่ช่อแช่แข็งแยกไว้ชัดเจน และแบบประตูเดียวที่มีช่องแช่แข็งอยู่ภายในอีกที ซึ่งขนาดช่องแช่แข็งจะค่อนข้างเล็กกว่าแบบ2ประตู
2.แบบ side-by-side : ประตูเปิดได้2บานแบบแบ่งซ้าน-ขวา เหมือนตู้เสื้อผ้า โดยส่วนช่องแช่แข็งจะอยู่ในประตูบานซ้ายซึ่งมีขนาดเล็กกว่าประตูบานขวาซึ่งเป็นส่วนแช่เย็นปกติ บริษัทแรกที่แนะนำตู้เย็นแบบนี้สู่สาธารณชนคือบริษัทของประเทศสหรัฐอเมริกาที่ชื่อ อมานา (Amana) ในปี ค.ศ.1949 แต่ก็ยังไม่เป็นที่นิยมจนกระทั่งปีค.ศ.1965
3.แบบส่วนแช่เย็นอยู่ด้านบน ช่องแช่แข็งอยู่ด้านล่าง : ตู้เย็นแบบนี้ถูกวางขายครั้งแรกในช่วงกลางยุคคริสต์ทศวรรษ 1950 โดยแนวความคิดของการออกแบบตู้เย็นลักษณะนี้น่าจะมาจากเหตุผลที่ว่า คนเราเปิดใช้ส่วนแช่เย็นบ่อยกว่าช่องแช่แข็ง จึงย้ายช่องแช่แข็งไปไว้ล่างสุด เพื่อที่เวลาเปิดหาของในช่องแช่เย็น จะได้ไม่ต้องก้มตัวให้มากนัก
4.ตู้เย็นแบบประตูฝรั่งเศส (French-door style) : ถูกวางขายครั้งแรกในช่วงปลายยุคคริสต์ทศวรรษ 1990 โดยช่องแช่แข็งอยู่ด้านล่าง ส่วนแช่เย็นปกติในด้านบนจะเป็นประตูเปิดได้แบบ 2 ทางแบบ side-by-size แต่ขนาดประตูจะเท่ากัน

หลักการทำความเย็น

การทำความเย็นเป็นการถ่ายเทความร้อนภายในตู้เย็นออกไป ซึ่งเกิดจากเครื่องอัดไอ (compressor) ทำหน้าที่อัดแก๊สของสารทำความเย็น (Refrigerant substant) ให้เป็นของเหลวในคอยล์ร้อนหรือเครื่องควบแน่น(Conderser) จากนั้นส่งผ่านไปยังหลอดรูเล็ก (Capillary tube) และไปยังคอยล์ร้อนหรือเครื่องระเหย (evaporator) ทำให้ความดันของของเหลวลดลงจนเปลี่ยนสถานะจากแก็สกลายเป็นไอ ซึ่งของเหลวได้รับความร้อนแฝงจากวัตถุต่างๆที่อยู่ใกล้เครื่องระเหย โดยวิธี การนำความร้อน การพาความร้อน   หรือการแผ่รังสี เพื่อทำให้อุณหภูมภายในตู้เย็นเย็นลง  จากนั้นแก๊สความดันต่ำของสารทำความเย็นจะถูกดูดโดยเครื่องอัดไอและอัดออกไปยังเครื่องควบแน่น เพื่อถ่ายเทความร้อนออกไปจากระบบ ทำให้สารทำความเย็นจะเข้าไปรับความร้อนที่เครื่องระเหยใหม่อีกครั้ง อีกทั้งความเย็นจากสารทำความเย็นที่ดูดกลับมาบางส่วนสามารถนำมาช่วยในการระบายความร้อนให้กับเครื่องอัดไอ(compressor)การทำงานของระบบทำความเย็นนี้จะวนซ้ำไปเรื่อยเสมอ