صانع الثلج

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
ألواح من الثلج المصنّع في مصنع غريمسبي للثلج قبل تكسيرها، 1990

قد يُشير مصطلح "صانعة الثلج " أو " آلة الثلج" إلى جهاز منزلي لصنع الثلج ، موجود داخل مُجمّد منزلي ، أو جهاز مستقل لصنع الثلج، أو آلة صناعية لصنع الثلج على نطاق واسع. ويُستخدم مصطلح "آلة الثلج" عادةً للإشارة إلى الجهاز المستقل.

مولد الثلج هو الجزء المسؤول عن إنتاج الثلج في آلة صنع الثلج. ويشمل ذلك المبخر وأي محركات/أجهزة تحكم/إطارات فرعية مرتبطة به، والتي تشارك مباشرةً في صنع الثلج وتخزينه. عندما يشير معظم الناس إلى مولد الثلج، فإنهم يقصدون نظام صنع الثلج هذا فقط، دون التبريد.

أما آلة صنع الثلج ، وخاصةً إذا وُصفت بأنها "مُعبأة"، فهي عادةً ما تكون جهازًا متكاملًا يشمل التبريد، وأجهزة التحكم، وموزع الثلج، ولا يتطلب سوى توصيله بمصدر الطاقة والماء. ويُعدّ مصطلح "صانع الثلج" أكثر غموضًا، إذ يصف بعض المصنّعين آلات صنع الثلج المُعبأة لديهم بأنها "صانع ثلج"، بينما يصفها آخرون بأنها "صانع ثلج".

تاريخ

براءة اختراع صانع الثلج لأندرو موهل، بتاريخ 12 ديسمبر 1871

في عام ١٧٤٨، قدّم ويليام كولين أول تجربة تبريد اصطناعي معروفة في جامعة غلاسكو. [ ١ ] لم يستخدم السيد كولين اكتشافه لأي أغراض عملية. ولعل هذا هو السبب في أن تاريخ آلات صنع الثلج يبدأ مع أوليفر إيفانز ، المخترع الأمريكي الذي صمّم أول آلة تبريد عام ١٨٠٥. وفي عام ١٨٣٤، بنى جاكوب بيركنز أول آلة تبريد عملية باستخدام الإيثر في دورة ضغط البخار. حصل المخترع الأمريكي، المهندس الميكانيكي والفيزيائي، على ٢١ براءة اختراع أمريكية و١٩ براءة اختراع إنجليزية (لابتكارات في المحركات البخارية، وصناعة الطباعة، وصناعة الأسلحة، وغيرها)، ويُعتبر اليوم أبو الثلاجة. [ ٢ ]

في عام ١٨٤٤، قام الطبيب الأمريكي جون غوري ببناء ثلاجة استنادًا إلى تصميم أوليفر إيفانز لصنع الثلج لتبريد الهواء لمرضى الحمى الصفراء. [ ٣ ] تعود خططه إلى عام ١٨٤٢، مما يجعله أحد مؤسسي الثلاجة. لسوء حظ جون غوري، قوبلت خططه لتصنيع وبيع اختراعه بمعارضة شديدة من فريدريك تيودور ، "ملك الثلج" في بوسطن. في ذلك الوقت، كان تيودور يشحن الثلج من الولايات المتحدة إلى كوبا، وكان يخطط لتوسيع أعماله إلى الهند. خوفًا من أن يُدمر اختراع غوري أعماله، شنّ حملة تشويه ضد المخترع. في عام ١٨٥١، مُنح جون غوري براءة الاختراع الأمريكية رقم ٨٠٨٠ لآلة صنع الثلج. [ ٤ ] بعد معاناته من حملة تيودور ووفاة شريكه، توفي جون غوري أيضًا، مفلسًا ومُهانًا. توجد خططه الأصلية لصنع الثلج والنموذج الأولي للآلة اليوم في المتحف الوطني للتاريخ الأمريكي، التابع لمؤسسة سميثسونيان في واشنطن العاصمة [ 5 ].

في عام 1853، مُنح ألكسندر توينينغ براءة اختراع أمريكية رقم 10221 لآلة صنع الثلج. أدت تجارب توينينغ إلى تطوير أول نظام تبريد تجاري، والذي بُني عام 1856. كما ابتكر أول طريقة اصطناعية لإنتاج الثلج. ومثل بيركنز من قبله، بدأ جيمس هاريسون تجاربه على ضغط بخار الإيثر. في عام 1854، نجح جيمس هاريسون في بناء آلة تبريد قادرة على إنتاج 3000 كيلوغرام من الثلج يوميًا، وفي عام 1855 حصل على براءة اختراع لآلة صنع الثلج في أستراليا، على غرار براءة اختراع ألكسندر توينينغ. واصل هاريسون تجاربه في مجال التبريد. ويُنسب إليه اليوم الفضل في إسهاماته الكبيرة في تطوير تصاميم أنظمة التبريد الحديثة واستراتيجيات عملها. وقد استُخدمت هذه الأنظمة لاحقًا لشحن اللحوم المبردة في جميع أنحاء العالم.

في عام 1867، بنى أندرو مول آلة لصنع الثلج في سان أنطونيو، تكساس ، لتلبية احتياجات صناعة لحوم الأبقار المتنامية، قبل أن ينقلها إلى واكو عام 1871. [ 6 ] وفي عام 1873، حصلت شركة كولومبوس للحديد على براءة اختراع هذه الآلة، [ 7 ] التي أنتجت أولى آلات صنع الثلج التجارية في العالم. شغل ويليام رايلي براون منصب رئيسها، وجورج جاسبر غولدن منصب مديرها.

في عام 1876، حصل المهندس الألماني كارل فون لينده على براءة اختراع لعملية تسييل الغاز، والتي أصبحت فيما بعد جزءًا هامًا من تكنولوجيا التبريد الأساسية ( براءة الاختراع الأمريكية رقم 1027862 ). وفي عامي 1879 و1891، حصل مخترعان أمريكيان من أصل أفريقي على براءات اختراع لتصاميم محسّنة للثلاجات في الولايات المتحدة ( توماس إلكينز - براءة الاختراع الأمريكية رقم 221222 ، وجون ستاندرد - براءة الاختراع الأمريكية رقم 455891 ).

في عام ١٩٠٢، استحوذت عائلة تيغ من مونتغمري على حصة الأغلبية في الشركة. وكان آخر إعلان لهم في مجلة "الثلج والتبريد" في مارس ١٩٠٤. [ ٨ ] وفي عام ١٩٢٥، انتقلت حصة الأغلبية في شركة كولومبوس للحديد من عائلة تيغ إلى دبليو سي برادلي من شركة دبليو سي برادلي. [ ٨ ] يُنسب إلى يورغن هانز اختراع أول آلة لصنع الثلج الصالح للأكل في عام ١٩٢٩. وفي عام ١٩٣٢، أسس شركة باسم كوليندا وبدأ في تصنيع الثلج الصالح للأكل، ولكن بحلول عام ١٩٤٩، حوّلت الشركة منتجها الرئيسي من الثلج إلى تكييف الهواء المركزي.

استخدمت آلات صنع الثلج من أواخر القرن التاسع عشر وحتى ثلاثينيات القرن العشرين غازات سامة مثل الأمونيا (NH₃ ) وكلوريد الميثيل (CH₃Cl ) وثاني أكسيد الكبريت (SO₂ ) كمواد تبريد. وخلال عشرينيات القرن العشرين، سُجّلت عدة حوادث مميتة ناجمة عن تسرب كلوريد الميثيل من الثلاجات. وفي سعي الشركات الأمريكية لإيجاد بدائل لمواد التبريد الخطرة، ولا سيما كلوريد الميثيل، بدأت أبحاث تعاونية أسفرت عن اكتشاف الفريون . وفي عام 1930، أسست شركتا جنرال موتورز ودوبونت شركة كينيتك كيميكالز لإنتاج الفريون، الذي أصبح فيما بعد المعيار المستخدم في معظم الثلاجات المنزلية والصناعية. وكان الفريون الأصلي المُنتج آنذاك عبارة عن كلوروفلوروكربون ، وهو غاز متوسط ​​السمية يُسبب استنزاف طبقة الأوزون. [ 9 ]

مبدأ صنع الثلج

تتكون جميع معدات التبريد من أربعة مكونات رئيسية: المبخر ، والمكثف ، والضاغط ، وصمام الخنق . تعمل جميع آلات صنع الثلج بنفس الطريقة. تتمثل وظيفة الضاغط في ضغط بخار المبرد ذي الضغط المنخفض إلى بخار ذي ضغط عالٍ، ثم إيصاله إلى المكثف. هنا، يتكثف البخار ذو الضغط العالي إلى سائل ذي ضغط عالٍ، ويُصرّف عبر صمام الخنق ليصبح سائلاً ذي ضغط منخفض. عند هذه النقطة، يُنقل السائل إلى المبخر، حيث يحدث تبادل حراري، ويتكون الثلج. هذه دورة تبريد كاملة.

صانعات الثلج المنزلية

صانعات الثلج في المجمد

صانع الثلج (لعملاء الفندق)

بدأت شركة سيرفيل بتقديم ماكينات صنع الثلج المنزلية الأوتوماتيكية حوالي عام 1953. [ 10 ] [ 11 ] توجد هذه الماكينات عادةً داخل حجرة التجميد في الثلاجة . تُنتج هذه الماكينات مكعبات ثلج هلالية الشكل من قالب معدني. يقوم مؤقت كهروميكانيكي أو إلكتروني بفتح صمام لولبي لبضع ثوانٍ، مما يسمح للقالب بالامتلاء بالماء البارد من مصدر المياه المنزلية . ثم يُغلق المؤقت الصمام ويترك الثلج يتجمد لمدة 30 دقيقة تقريبًا. بعد ذلك، يُشغل المؤقت عنصر تسخين كهربائي منخفض الطاقة داخل القالب لعدة ثوانٍ، لإذابة مكعبات الثلج قليلاً حتى لا تلتصق بالقالب. أخيرًا، يُشغل المؤقت ذراعًا دوارًا يغرف مكعبات الثلج من القالب ويضعها في حاوية، وتتكرر الدورة. إذا امتلأت الحاوية بالثلج، يدفع الثلج ذراعًا سلكيًا لأعلى ، مما يُوقف تشغيل ماكينة صنع الثلج حتى ينخفض ​​مستوى الثلج في الحاوية مرة أخرى. يمكن للمستخدم أيضًا رفع الذراع السلكي في أي وقت لإيقاف إنتاج الثلج.

تستخدم صانعات الثلج الأوتوماتيكية الأحدث في ثلاجات سامسونج قالبًا بلاستيكيًا مرنًا. عندما تتجمد مكعبات الثلج، وهو ما يستشعره مقاوم حراري ، يقوم المؤقت بتشغيل محرك لقلب القالب وتدويره بحيث تنفصل المكعبات وتسقط في حاوية.

كانت آلات صنع الثلج القديمة تُسقط الثلج في حاوية داخل حجرة التجميد، وكان على المستخدم فتح باب المجمد للحصول على الثلج. في عام ١٩٦٥، طرحت شركة فريجيدير آلات صنع ثلج تُخرج الثلج من واجهة باب المجمد. [ ١٢ ] في هذه الطرازات، يؤدي الضغط على كوب مقابل قاعدة خارجية على الباب إلى تشغيل محرك، يقوم بدوره بتدوير لولب داخل الحاوية، ليُخرج مكعبات الثلج إلى الكوب. ويمكن لمعظم موزعات الثلج، اختيارياً، تمرير الثلج عبر آلية تكسير للحصول على ثلج مجروش. كما يمكن لبعض الموزعات أيضاً توزيع الماء البارد.

صانعات الثلج في حجرة الطعام الطازج

تحتوي بعض الثلاجات الحديثة على صانع الثلج في حجرة حفظ الطعام الطازج. ولضمان عمله بكفاءة، يجب أن تحافظ حجرة صانع الثلج على درجة حرارة داخلية تقارب الصفر المئوي (32 درجة فهرنهايت) ، كما يجب إحكام إغلاقها من الخارج.  

صانعات الثلج المحمولة

صانع الثلج
صانع ثلج محمول (للاستخدام المنزلي)

صانعات الثلج المحمولة هي وحدات صغيرة الحجم يمكن وضعها على سطح المطبخ. وهي الأسرع والأصغر حجمًا بين صانعات الثلج المتوفرة في السوق. يتميز الثلج الناتج عنها بشكله الأسطواني ومظهره الضبابي المعتم. يمكن إنتاج أول دفعة من الثلج في غضون 10 دقائق من تشغيل الجهاز وإضافة الماء. يُضخ الماء إلى أنبوب صغير مزود بدبابيس معدنية مغمورة فيه. ولأن الجهاز محمول، يجب ملؤه بالماء يدويًا. يُضخ الماء من أسفل الخزان إلى صينية التجميد. تستخدم الدبابيس نظام تسخين وتبريد داخلي لتجميد الماء المحيط بها، ثم تسخن لتنزلق مكعبات الثلج من الدبابيس إلى حاوية التخزين. يبدأ الثلج بالتشكل في غضون دقائق، إلا أن حجم مكعبات الثلج يعتمد على مدة دورة التجميد - فكلما طالت الدورة، زادت سماكة المكعبات. لا تمنع صانعات الثلج المحمولة ذوبان الثلج، ولكنها تعيد تدوير الماء لإنتاج المزيد من الثلج. بمجرد امتلاء صينية التخزين، يتوقف النظام تلقائيًا.

صانعات الثلج المدمجة والمستقلة

صُممت صانعات الثلج المدمجة لتناسب المساحة أسفل طاولة المطبخ أو البار، ولكن يمكن استخدامها كوحدات قائمة بذاتها. بعضها يُنتج ثلجًا هلالي الشكل، مثل الثلج الناتج عن صانعة الثلج في المجمد؛ ويكون هذا الثلج معتمًا وغير شفاف، لأن الماء يتجمد أسرع من الأنواع الأخرى التي تُنتج مكعبات ثلج شفافة. خلال هذه العملية، تنحصر فقاعات هواء صغيرة، مما يُسبب مظهر الثلج المعتم. مع ذلك، فإن معظم صانعات الثلج التي تُوضع أسفل الطاولة هي صانعات ثلج شفافة، حيث يخلو الثلج من فقاعات الهواء، وبالتالي يكون شفافًا ويذوب ببطء شديد.

ماكينات صنع الثلج الصناعية

تعمل آلات صنع الثلج التجارية على تحسين جودة الثلج باستخدام الماء المتحرك. يمر الماء عبر مبخر مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ عالي النيكل. يجب أن تكون درجة حرارة السطح أقل من درجة التجمد. يتطلب الماء المالح درجات حرارة أقل للتجمد، وبالتالي يدوم لفترة أطول. تُستخدم هذه الآلات عادةً لتغليف المنتجات البحرية. يتم غسل الهواء والمواد الصلبة غير الذائبة إلى درجة عالية، بحيث تُزال 98% من المواد الصلبة من الماء في آلات التبخير الأفقية ، مما ينتج عنه ثلج صلب للغاية، نقي، وشفاف. أما في آلات التبخير الرأسية، فيكون الثلج أكثر ليونة، خاصةً إذا كانت هناك خلايا مكعبات منفصلة. يمكن لآلات صنع الثلج التجارية إنتاج أحجام مختلفة من الثلج، مثل الرقائق، والمكعبات، والأشكال الثمانية، والأنابيب.

عندما تصل طبقة الجليد على السطح البارد إلى السماكة المطلوبة، يتم انزلاق الطبقة لأسفل على شبكة من الأسلاك، حيث يتسبب وزن الطبقة في كسرها إلى الأشكال المطلوبة، وبعد ذلك تسقط في صندوق تخزين.

آلة صنع الثلج الرقائقي

يُصنع الثلج الرقائقي من مزيج من المحلول الملحي والماء (بحد أقصى 500 غرام من الملح لكل طن من الماء)، وفي بعض الحالات يمكن صنعه مباشرة من الماء المالح. يتراوح سمكه بين 1 و 15 ملم ( من 1/16 إلى 9/16 بوصة ) ، وشكله غير منتظم بأقطار تتراوح من 12 إلى 45 ملم ( من 1/2 إلى 1 + 3/4 بوصة ) .       

في آلة صنع الثلج الرقائقي، يكون المبخر عبارة عن حاوية أسطوانية الشكل مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، موضوعة عموديًا، ومجهزة بشفرة دوارة تدور وتزيل الثلج عن الجدار الداخلي للأسطوانة. أثناء التشغيل، يدور العمود الرئيسي والشفرة عكس اتجاه عقارب الساعة بفعل مخفض السرعة. يُرش الماء من المرش، ويتشكل الثلج من محلول الماء المالح على الجدار الداخلي. يلتقط حوض الماء في الأسفل الماء البارد مع توجيه الثلج، ثم يعيد تدويره إلى الحوض. عادةً ما يُستخدم صمام عائم لملء الحوض حسب الحاجة أثناء الإنتاج. تميل آلات الثلج الرقائقي إلى تكوين حلقة جليدية داخل قاع الأسطوانة. توجد سخانات كهربائية في تجاويف في الأسفل لمنع تراكم الثلج في الأماكن التي لا تصل إليها الكسارة. تستخدم بعض الآلات كاشطات للمساعدة في ذلك. يستخدم هذا النظام وحدة تكثيف منخفضة الحرارة، كما هو الحال في جميع آلات صنع الثلج. كما تستخدم معظم الشركات المصنعة صمامًا لتنظيم ضغط المبخر (EPRV).

التطبيقات

تُنتج آلات صنع الثلج الرقائقي من مياه البحر الثلج مباشرةً من مياه البحر. يُستخدم هذا الثلج في التبريد السريع للأسماك وغيرها من المنتجات البحرية. وتُعد صناعة صيد الأسماك أكبر مستهلك لآلات صنع الثلج الرقائقي. يُساهم الثلج الرقائقي في خفض درجة حرارة مياه التنظيف والمنتجات البحرية، مما يُقاوم نمو البكتيريا ويحافظ على نضارة المأكولات البحرية. ونظرًا لتلامسه الكبير مع المواد المُبرّدة وقلة تلفه لها، يُستخدم أيضًا في تخزين ونقل الخضراوات والفواكه واللحوم. في صناعة الخبز، يُضاف الثلج الرقائقي أثناء خلط الدقيق والحليب لمنع تخمير الدقيق. وفي معظم عمليات التخليق الحيوي والكيميائي، يُستخدم الثلج الرقائقي للتحكم في سرعة التفاعل والحفاظ على حيوية المواد. يتميز الثلج الرقائقي بنظافته وفعاليته في خفض درجة الحرارة بسرعة. كما يُستخدم كمصدر مباشر للماء في عملية تبريد الخرسانة، بنسبة تزيد عن 80% من وزنها [ 13 ] . ولن تتشقق الخرسانة إذا تم خلطها وصبها في درجة حرارة منخفضة وثابتة. كما يُستخدم الجليد الرقائقي في صناعة الثلج الاصطناعي، لذا فهو يُستخدم على نطاق واسع في منتجعات التزلج والمتنزهات الترفيهية.

صانع مكعبات الثلج

تُصنّف آلات صنع مكعبات الثلج ضمن فئة آلات الثلج الصغيرة، على عكس آلات صنع الثلج الأنبوبية، وآلات صنع الثلج الرقائقي، وغيرها من آلات صنع الثلج. وتتراوح سعتها الشائعة بين 30 كيلوغرامًا (66 رطلاً) و 1755 كيلوغرامًا (3869 رطلاً) . ومنذ ظهور آلات صنع مكعبات الثلج في سبعينيات القرن الماضي، تطورت لتشمل مجموعة متنوعة من آلات صنع الثلج.    

تُعتبر آلات صنع مكعبات الثلج عادةً أجهزةً عموديةً مُجزأة. يتكون الجزء العلوي من مُبخر ، بينما يتكون الجزء السفلي من حاوية للثلج. يدور المُبرد داخل أنابيب المُبخر المُغلق ، حيث يتبادل الحرارة مع الماء، مُجمداً إياه إلى مكعبات ثلج. بمجرد تجميدها، تُطلق آلية طرد المكعبات في حاوية تجميع. تُقدم شركة فريجيدير أنواعاً مُختلفة من آلات صنع الثلج، مثل الآلات التي تُوضع تحت الطاولة، والآلات التي تُوضع على سطح الطاولة، والآلات التجارية، لتُلبي احتياجات بيئات مُتنوعة تشمل صناعات الأغذية والمشروبات، والرعاية الصحية، والاستخدام المنزلي. عندما يتجمد الماء تماماً، يُطلق الثلج تلقائياً ويسقط في حاوية الثلج.

يمكن أن تحتوي آلات صنع الثلج إما على نظام تبريد مستقل حيث يكون الضاغط مدمجًا في الوحدة، أو على نظام تبريد عن بعد حيث توجد مكونات التبريد في مكان آخر، وغالبًا ما يكون ذلك في سقف المنشأة التجارية.

ضاغط

معظم الضواغط إما ضواغط إزاحة موجبة أو ضواغط شعاعية. تُعد ضواغط الإزاحة الموجبة حاليًا الأكثر كفاءة، ولها أعلى تأثير تبريد لكل وحدة ( 400-2500 RT ) . تتوفر لها خيارات واسعة من مصادر الطاقة، حيث يمكن أن تعمل بجهد 380 فولت ، أو 1000 فولت ، أو حتى أعلى. يعتمد مبدأ عمل ضواغط الإزاحة الموجبة على استخدام توربين لضغط غاز التبريد وتحويله إلى بخار عالي الضغط. تُصنف ضواغط الإزاحة الموجبة إلى أربعة أنواع رئيسية: ضاغط لولبي، ضاغط مكبس دوار، ضاغط ترددي، وضاغط دوار.

تُعدّ ضواغط اللولب [ 14 ] من بين ضواغط الإزاحة الموجبة التي تُحقق أعلى تأثير تبريد، حيث تتراوح قدرتها عادةً بين 50 و 400 طن تبريد . وتنقسم ضواغط اللولب إلى نوعين: أحادي اللولب وثنائي اللولب. ويُعدّ النوع ثنائي اللولب أكثر شيوعًا نظرًا لكفاءته العالية. أما ضواغط المكبس الدوار والضواغط الترددية، فلها تأثيرات تبريد متشابهة، حيث تصل قدرتها القصوى إلى 600 كيلوواط . وتُعدّ الضواغط الترددية الأكثر شيوعًا نظرًا لنضج تقنيتها وموثوقيتها، وتتراوح قدرتها بين 2.2 و 200 كيلوواط . وتعمل هذه الضواغط على ضغط الغاز باستخدام مكبس يُدفع بواسطة عمود مرفقي. في حين أن الضواغط الدوارة، المستخدمة بشكل أساسي في أجهزة تكييف الهواء، تتميز بقدرة تبريد منخفضة جدًا، لا تتجاوز عادةً 5 كيلوواط . وتعمل هذه الضواغط على ضغط الغاز باستخدام مكبس يُدفع بواسطة دوّار يدور في حجرة معزولة. [ 15 ]

مكثف

يمكن تصنيف جميع المكثفات إلى ثلاثة أنواع: التبريد بالهواء، أو التبريد بالماء، أو التبريد التبخيري.

  • يستخدم مكثف التبريد الهوائي الهواء كوسيط ناقل للحرارة عن طريق نفخ الهواء عبر سطح المكثفات، مما ينقل الحرارة بعيدًا عن بخار المبرد ذي الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية.
  • يستخدم مكثف التبريد المائي الماء كوسيط ناقل للحرارة لتبريد بخار المبرد وتحويله إلى سائل.
  • يُبرّد المكثف التبخيري بخار المُبرّد عن طريق التبادل الحراري بين أنابيب المُبخر والماء المُتبخر الذي يُرش على سطح الأنابيب. هذا النوع من المكثفات قادر على العمل في البيئات الدافئة، كما أنه يتميز بكفاءة عالية وموثوقية كبيرة.

مولد الثلج الأنبوبي

مولد الثلج الأنبوبي هو مولد ثلج يتم فيه تجميد الماء في أنابيب ممتدة عموديًا داخل غلاف محيط - حجرة التجميد. في أسفل حجرة التجميد، توجد صفيحة توزيع بها فتحات تحيط بالأنابيب ومتصلة بحجرة منفصلة يمر إليها غاز دافئ لتسخين الأنابيب ودفع قضبان الثلج إلى أسفل. [ 16 ]

يمكن استخدام مكعبات الثلج الأنبوبية في عمليات التبريد، مثل التحكم في درجة الحرارة، وتجميد الأسماك الطازجة، وتجميد زجاجات المشروبات . ويمكن تناولها بمفردها أو مع الطعام أو المشروبات.

التجميد الموجه

التجميد الموجه هو أسلوب يُستخدم في بعض آلات صنع الثلج الصناعية المتخصصة لإنتاج ثلج شفاف ، يُستخدم عادةً في الحانات والمطاعم الراقية، وفي المنحوتات الجليدية، وأحيانًا في التجارب العلمية التي تتطلب ثلجًا عالي الكثافة. تتكون آلات صنع الثلج المصممة لإنتاج كتل كبيرة من حوض كبير، توضع أسفله وحدة التبريد، ومضخة في الأعلى تُدير الماء لمنع التجمد على سطحه، وللمساعدة في إزالة الغازات الذائبة منه، والتي قد تجعل الثلج الناتج عكرًا . [ 17 ]

توجد أيضًا أجهزة أصغر بكثير توضع على سطح الطاولة، وتستخدم أساليب مماثلة، لإنتاج مكعبات ثلج شفافة، كروية، وأشكال أخرى، للاستخدام المنزلي.

التطبيقات والتأثيرات العالمية

في عام 2019، بلغ عدد الثلاجات المنزلية العاملة حول العالم حوالي ملياري ثلاجة، بالإضافة إلى أكثر من 40 مليون متر مربع من مرافق التخزين البارد. [ 18 ] وفي الولايات المتحدة الأمريكية عام 2018، بيع ما يقارب 12 مليون ثلاجة. [ 19 ] وتؤكد هذه البيانات على أن للتبريد تطبيقات عالمية ذات تأثير إيجابي على الاقتصاد والتكنولوجيا والديناميكيات الاجتماعية والصحة والبيئة.

التطبيقات الاقتصادية

يُعد التبريد ضروريًا لتنفيذ العديد من مصادر الطاقة الحالية أو المستقبلية (مثل تسييل الهيدروجين لإنتاج الوقود البديل في صناعة السيارات وإنتاج الاندماج النووي الحراري لصناعات الطاقة البديلة).

  • تحتاج صناعات البتروكيماويات والأدوية أيضًا إلى التبريد، حيث يتم استخدامه للتحكم في العديد من أنواع التفاعلات وتعديلها.
  • تُستخدم المضخات الحرارية، التي تعمل بناءً على عمليات التبريد، بشكل متكرر كوسيلة فعالة من حيث الطاقة لإنتاج الحرارة.
  • يُعد إنتاج ونقل الوقود المبرد (الهيدروجين والأكسجين السائل) بالإضافة إلى التخزين طويل الأجل لهذه السوائل أمراً ضرورياً لصناعة الفضاء.
  • في صناعة النقل، يتم استخدام التبريد في الحاويات البحرية، وسفن التبريد ، وعربات السكك الحديدية المبردة، والنقل البري، وفي ناقلات الغاز المسال.

التطبيقات الصحية

في صناعة الأغذية، يُسهم التبريد في الحد من الفاقد بعد الحصاد أثناء توريد الأغذية للمستهلكين، مما يُتيح حفظ الأطعمة سريعة التلف في جميع مراحل الإنتاج والاستهلاك. أما في القطاع الطبي، فيُستخدم التبريد لنقل اللقاحات والأعضاء والخلايا الجذعية، بينما تُستخدم تقنية التجميد العميق في الجراحة وغيرها من مجالات البحث الطبي.

التطبيقات البيئية

تُستخدم تقنية التبريد في الحفاظ على التنوع البيولوجي من خلال الحفظ بالتبريد للموارد الجينية (الخلايا والأنسجة والأعضاء النباتية والحيوانية والكائنات الدقيقة). كما تُمكّن هذه التقنية من تسييل ثاني أكسيد الكربون لتخزينه تحت الأرض، مما يسمح بفصله عن الوقود الأحفوري في محطات توليد الطاقة باستخدام تقنية التبريد العميق.

الأثر البيئي

يعتمد التأثير الرئيسي على البيئة (مثل تقنيات التبريد الأخرى) على المبردات المستخدمة والآثار المترتبة على إطلاقها.

أما التأثيرات الأخرى فتتعلق بالتأثيرات التي تطال الأجهزة المنزلية الكبيرة كفئة منتجات. ويمكن تقسيم ذلك إلى: استهلاك الطاقة وما إذا كانت الكهرباء متجددة؛ والتأثيرات السابقة للاستهلاك مثل التصنيع واستخراج الموارد؛ والتخلص من النفايات (مثل إعادة التدوير).

أظهرت الدراسات أن أكثر المبردات ضرراً هي مركبات الكلوروفلوروكربون (CFCs) ومركبات الهيدروكلوروفلوروكربون (HCFCs)، وذلك لكونها مستنفدة لطبقة الأوزون وغازاً دفيئاً قوياً. [ 20 ] استُخدمت مركبات الهيدروفلوروكربون كبديل حتى اكتُشف أنها غاز دفيئة قوي. [ 21 ] ويجري الآن التخلص التدريجي منها لصالح المبردات البديلة. مع ذلك، قد تتسرب الوحدات القديمة نتيجةً للأعطال أو التخلص غير السليم منها. [ 22 ]

وقد أدى ذلك إلى استخدام مواد تبريد بديلة لتقليل التأثير البيئي.

المبردات البديلة

الأمونيا

بدأ تاريخ التبريد باستخدام الأمونيا . وبعد أكثر من 120 عامًا، لا تزال هذه المادة هي المُبرِّد الرئيسي المستخدم في أنظمة التبريد المنزلية والتجارية والصناعية. تكمن المشكلة الرئيسية في الأمونيا في سميتها حتى عند التركيزات المنخفضة نسبيًا. من ناحية أخرى، تتميز الأمونيا بانعدام قدرتها على استنفاد طبقة الأوزون (ODP) وانخفاض تأثيرها على الاحتباس الحراري. ورغم ندرة الوفيات الناجمة عن التعرض للأمونيا، فقد توصل المجتمع العلمي إلى آليات أكثر أمانًا وفعالية من الناحية التقنية لمنع تسرب الأمونيا في معدات التبريد الحديثة عند صيانتها وفحصها بشكل صحيح. [ 23 ] كما أن أنظمة التبريد القائمة على الأمونيا أقل تكلفة في البناء من الأنظمة القائمة على مركبات الكلوروفلوروكربون (CFCs)، نظرًا لإمكانية استخدام أنابيب ذات أقطار أصغر، فضلًا عن أن الأمونيا نفسها أقل تكلفة بكثير من مركبات الكلوروفلوروكربون أو مركبات الهيدروكلوروفلوروكربون، مع كونها أكثر كفاءة كمُبرِّد. [ 24 ] [ 25 ]

ثاني أكسيد الكربون (CO2 )

Carbon dioxide, which has been in use as a refrigerant since the nineteenth century,[26] also has an ODP of zero. Its use had declined in favor of HCFC/CFC refrigerants, due to the high operating pressures necessary for its implementation in comparison to those chemical compounds. Modern technology is solving such issues and CO2 is more widely used today as an alternative due to climate concern issues[27] in several fields: industrial refrigeration (CO2 is usually combined with ammonia, either in cascade systems or as a volatile brine), the food industry (food and retail refrigeration), heating (heat pumps) and the transportation industry (transport refrigeration).

Hydrocarbons

Hydrocarbons are natural products with high thermodynamic properties, zero ozone-layer impact and negligible global warming effects. One issue with hydrocarbons is that they are highly flammable, restricting their use to specific applications in the refrigeration industry.

In 2011, the EPA has approved three alternative refrigerants to replace hydrofluorocarbons (HFCs) in commercial and household freezers via the Significant New Alternatives Policy (SNAP) program.[28] The three alternative refrigerants legalized by the EPA were hydrocarbons propane, isobutane and a substance called HCR188C[29] – a hydrocarbon blend (ethane, propane, isobutane and n-butane). HCR188C is used today in commercial refrigeration applications (supermarket refrigerators, stand-alone refrigerators and refrigerating display cases), in refrigerated transportation, automotive air-conditioning systems and retrofit safety valve (for automotive applications) and residential window air conditioners.

Future of refrigeration

In October 2016, negotiators from 197 countries have reached an agreement to reduce emissions of chemical refrigerants that contribute to global warming, re-emphasizing the historical importance of the Montreal Protocol and aiming to increase its impact upon the use greenhouse gases besides the efforts made to reduce ozone depletion caused by the chlorofluorocarbons. The agreement, closed at a United Nations meeting in Kigali, Rwanda set the terms for a rapid phasedown of hydrofluorocarbons (HFCs)[30] which would be stopped from manufacturing altogether and have their uses reduced over time.

يهدف برنامج الأمم المتحدة واتفاقية رواندا إلى إيجاد جيل جديد من المبردات يكون آمناً من منظور طبقة الأوزون وتأثير الاحتباس الحراري. ويمكن لهذه الاتفاقية الملزمة قانوناً أن تخفض الانبعاثات المتوقعة بنسبة تصل إلى 88%، وأن تقلل من الاحتباس الحراري العالمي بنحو 0.5 درجة مئوية (ما يقارب درجة فهرنهايت واحدة) بحلول عام 2100. [ 31 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ماري، بيليس (1 نوفمبر 2019). "تاريخ الثلاجات والمجمدات" . موقع About.com Money . مؤرشف من الأصل بتاريخ 31 مايو 2020. تاريخ الاسترجاع: 10 ديسمبر 2016 .
  2. ↑ مارك، كروفورد (يونيو 2012). "جاكوب بيركنز: مخترع مقياس العمق ومقياس الضغط" . asme.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 مارس 2017 .
  3. ↑ إيليرت، جلين. "الثلاجات" . كتاب الفيزياء الإلكتروني . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يونيو 2018 .
  4. ↑ براءة الاختراع الأمريكية رقم 8080A ، "عملية محسّنة للإنتاج الاصطناعي للثلج"، الصادرة بتاريخ 6 مايو 1851 
  5. ↑ "آلة صنع الثلج من غوري، نموذج حاصل على براءة اختراع" . سميثسونيان . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 مارس 2017 .
  6. ↑ ويليس، ر. وولريتش؛ تشارلز، ت. كلارك (1976). "التبريد" . tshaonline.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 أبريل 2015 .
  7. ↑ "(العنوان غير واضح في المصدر)" . صحيفة سانت بطرسبرغ تايمز . 4 يونيو 1927. تم الاطلاع عليه في 6 أبريل 2015 .
  8. 1 2 مصانع كولومبوس للحديد، 1853، السجل التاريخي للهندسة الأمريكية، دائرة الحفاظ على التراث والترفيه، وزارة الداخلية
  9. ↑ برنامج الأمم المتحدة للبيئة - أمانة الأوزون (2007). "دليل بروتوكول مونتريال بشأن المواد المستنفدة لطبقة الأوزون - الطبعة السابعة" . Ozone.unep.org . مؤرشف من الأصل بتاريخ 30 مايو 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 مارس 2017 .
  10. ↑ "مكعبات الثلج تسقط في سلة الثلاجة الأوتوماتيكية" . مجلة Popular Mechanics . 99 (2): 300. فبراير 1953. تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 أبريل 2013 .
  11. ↑ بولوس، آرثر ج. (1988). مغامرة التصميم الأمريكية، 1940-1975 . كامبريدج، ماساتشوستس: مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ص 129. ISBN  9780262161060تم الاطلاع عليه بتاريخ 2026-06-06 . صانعة ثلج سيرفيل.
  12. ↑ برازيو، مايك. "قصة فريجيدير" . مؤرشف من الأصل في 19 سبتمبر 2015. تم الاطلاع عليه في 4 يناير 2015 .
  13. ^ أشرف، حكيمي (2025-02-18). "ماي لام دا" . فوشيمافينا.كوم . تم الاسترجاع بتاريخ 2026-06-06 .
  14. ↑ "مبدأ عمل ضواغط الهواء اللولبية الدوارة | مركز المعرفة" . غاردنر-دنفر . مؤرشف من الأصل بتاريخ 13-06-2025 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 06-06-2026 .
  15. ↑ ستيوارت، موريس (2019). "الضواغط الدوارة". عمليات الإنتاج السطحي . ص 847-856 . doi : 10.1016/B978-0-12-809895-0.00011-9 . ISBN  978-0-12-809895-0.
  16. ↑ طلب براءة اختراع أمريكي رقم 3759061A ، نيلسون، ن . ويورينوس، ج.، "مولد ثلج أنبوبي"، نُشر في 18 سبتمبر 1973 
  17. ↑ "شركة كلاينبيل للمعدات" . clinebellequipment.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2026-06-06 .
  18. ↑ تقرير خاص صادر عن الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ/فريق تقييم التكنولوجيا البيئية (2005). "حماية طبقة الأوزون ونظام المناخ العالمي" . الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ . تاريخ الاطلاع: 28 مارس 2017 .
  19. ↑ "شحنات/مبيعات وحدات الثلاجات في الولايات المتحدة 2005-2019" . ستاتيستا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2019 .
  20. ↑ ما هو تركيز مركبات الكلوروفلوروكربون في الغلاف الجوي، وما مدى مساهمتها في ظاهرة الاحتباس الحراري؟، 2023 ، تم الاطلاع عليه في 25 يونيو 2026
  21. ↑ تويت، لويز دو (2023-12-01)، "تعزيز التنظيم العالمي لمركبات الهيدروفلوروكربون بموجب بروتوكول مونتريال"، الحد من انبعاثات ملوثات المناخ قصيرة الأجل ، بريل نايجوف، ص 90-124، doi : 10.1163/9789004684089_006 ، ISBN 978-90-04-68408-9تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 أبريل 2024
  22. ↑ آثار تسرب غازات التبريد في المضخات الحرارية (ملف PDF) ، 2014
  23. ↑ روزنفيلد، مايكل؛ مايك، بيسكارو؛ آلي، دونيلي (23 مارس 2016). "مقتل عامل في تسرب للأمونيا أدى إلى حالة طوارئ واحتماء في مكانه في مستودع للمأكولات البحرية في بوسطن" . إن بي سي كونيتيكت . تم الاطلاع عليه في 7 سبتمبر 2025 .
  24. ↑ "الأمونيا كمادة تبريد: الإيجابيات والسلبيات | مجرد تهوية" . www.goodway.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2026-06-06 .
  25. ↑ آدامز، كيث (2 يوليو 2025). "الأمونيا كمادة تبريد: الخيار الأمثل للكفاءة والاستدامة - تحديث الأجهزة" . تحديث الأجهزة . تم الاطلاع عليه في 7 سبتمبر 2025 .
  26. ↑ جونسون، أليك (19 مايو 2019). "صحيفة حقائق ومعلومات عن مادة التبريد R-744 ثاني أكسيد الكربون" . refrigeranthq . تم الاطلاع عليه في 7 سبتمبر 2025 .
  27. ↑ "شركة تجارية2- أنظمة التبريد: دليل لثاني أكسيد الكربونتحت الحرج وفوق الحرج" 2 تطبيقات"(ملف PDF). إيمرسون لتقنيات المناخ. 2016.تم الاطلاع عليه بتاريخ2026-06-06.
  28. ↑ "14/12/2011: وكالة حماية البيئة الأمريكية توافق على ثلاثة بدائل لمواد التبريد لتحل محل مركبات الهيدروفلوروكربون في المجمدات التجارية والمنزلية/أول مرة تُستخدم فيها بدائل الهيدروكربون على نطاق واسع في الولايات المتحدة" yosemite.epa.gov . مؤرشف من الأصل في 17 يونيو 2013. تم الاطلاع عليه في 3 أبريل 2017 .
  29. ↑ "مبردات الهيدروكربونات متعددة الخلط HCR188C/R441A وHCR188C/R443A" . hydrocarbons21.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 4 أبريل 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 3 أبريل 2017 .
  30. ↑ بويد، روبين (10 أكتوبر 2016). "قادة العالم يناقشون حظر المبردات الضارة بالمناخ". مجلة نيتشر . doi : 10.1038/nature.2016.20768 .
  31. ↑ جونسون، سكوت ك. (17 أكتوبر 2016). "اتفاقية جديدة ستنهي استخدام المبردات التي تزيد من تغير المناخ" . آرس تكنيكا . تاريخ الاسترجاع: 6 يونيو 2026 .