قصة اختراع الثلاجة

لقد غيّر التبريد والثلاجات الطريقة التي نعيش بها منذ اختراعها، قادنا التطور إلى تحسينات مختلفة في تصميم الثلاجة، تحليل المتطلبات والفوائد الصحية وأنماط التصميم التي يفضلها الناس بمرور الوقت، في الوقت الحالي، هناك ثلاجات مختلفة متوفرة في السوق، مثل باب واحد، وباب مزدوج، وباب متعدد، ولكن تمامًا مثل أي منتج آخر، هناك إيجابيات وسلبيات مرتبطة بأجهزة التبريد المختلفة هذه.

فالثلاجات هي آلات وأجهزة منزلية تُستخدم عمومًا للحفاظ على الطعام طازجًا لفترة أطول، تعتبر الثلاجة اختراع حديث نسبيًا، لكن الناس حاولوا الحفاظ على الطعام طازجًا عن طريق إبقائه في درجات حرارة منخفضة لآلاف السنين، تُعد الثلاجة من أهم مخترعات العصر الحديث التي لا يكاد أي منزل يخلو منها، فهي ضرورية وأساسية في كل منزل ولا يمكن الغنى عنها.

ما هي قصة اختراع الثلاجة؟

منذ العصور القديمة، حاولنا الحفاظ على الطعام من خلال إبقائه باردًا، في البداية استخدمنا الجليد الذي تمّ حصاده من الأنهار والبحيرات ثمّ ظهرت بعد ذلك الثلاجات، الثلاجات هي أجهزة منزلية تحتوي على حجرة معزولة حرارياً ومضخة حرارية تنقل الحرارة من داخل الثلاجة إلى الخارج، ممّا يجعل الجزء الداخلي من الثلاجة أكثر برودة، ظهر أساس الثلاجة في عام 1755 عندما صمم الأستاذ الاسكتلندي ويليام كولين آلة تبريد صغيرة، تحتوي هذه الآلة على مضخة ووعاء من ثنائي إيثيل إيثر، جعلت المضخة فراغًا في الحاوية ممّا أدّى إلى خفض درجة غليان الأثير، يمتص الأثير المغلي الحرارة من الهواء المحيط، الخطوة التالية في عام 1805 عندما اخترع المخترع الأمريكي أوليفر إيفانز دورة تبريد مغلقة بضغط البخار مرة أخرى بناءً على الأثير الذي تمّ خفض نقطة غليانه بفعل الفراغ.
لم تكن هذه الأفكار والنماذج الأولية عملية حتى قام جاكوب بيركنز ببناء أول نظام تبريد يعمل بضغط البخار في العالم في عام 1834، كان لنظامه دورة مغلقة، على الرغم من أنّها عملية، إلا أنّها لم تنجح تجاريًا، قام الطبيب الأمريكي جون جوري ببناء نموذج أولي عام 1842 وخطط لاستخدامه لتبريد الهواء في المنازل الاستوائية، ولكن هذا النموذج كان أيضًا فشلًا تجاريًا، قام جيمس هاريسون وهو صحفي بريطاني هاجر إلى أستراليا، ببناء آلة ميكانيكية لصنع الثلج في عام 1851 وصنع أول آلة تصنيع ثلج تجارية في عام 1854، وحصل على براءة اختراع في عام 1856، استخدمت هذه الآلة الأثير أو الكحول أو الأمونيا أثناء الطرز اللاحقة تستخدم الأمونيا المذابة في الماء وثاني أكسيد الكبريت وكلوريد الميثيل، تمّ استخدام هذه الثلاجات أيضًا في المصانع ومنازل تعبئة اللحوم.
اخترع فريد دبليو من فورت واين بولاية إنديانا في عام 1913 ثلاجات للاستخدام المنزلي، والتي كانت عمومًا وحدة تمّ تركيبها فوق صندوق ثلج، وعمل العديد من الآخرين على تحسين الفكرة، قدّم ناثانيال ويلز من ديترويت بولاية ميشيغان فكرة لوحدة تبريد تعمل على الطاقة الكهربائية في عام 1914، صنع ألفريد ميلوز نسخته من الثلاجة بضاغط تمّ وضعه في أسفل الخزانة في عام 1916، تمّ شراء فكرته في عام 1918 من قبل شركة فريجيدير التي بدأت في إنتاج الثلاجات بكميات كبيرة، في نفس العام بدأت شركة (Kelvinator) إنتاج ثلاجاتها، والتي كانت تعتمد على ثلاجات (Nathaniel B. Wales)، وكانت أول من يتحكم تلقائيًا في درجة الحرارة، بحلول عام 1923، كان لديهم 80 في المائة من سوق الثلاجات الكهربائية.

في عام 1922، اخترع بالتزار فون بلاتن وكارل مونترز من السويد ما يُسمّى بثلاجة الامتصاص التي تستخدم مصدرًا للحرارة لتوفير الطاقة اللازمة لتشغيل نظام التبريد، غالبًا ما كانت هذه الثلاجات المبكرة تحتوي على أجزاء ميكانيكية ومحرك وضاغط في الطابق السفلي أو في غرفة مجاورة بينما كان الصندوق البارد موجودًا في المطبخ، في عام 1923 صنعت شركة فريجيدير، ثلاجة شهدت استخدامًا واسعاً هي ثلاجة جنرال إلكتريك “مونيتور توب” من عام 1927، ويأتي اسمها من التشابه مع برج البندقية على السفينة الحربية “يو إس إس مونيتور” من ستينيات القرن التاسع عشر، تمّ تطوير ثلاجات أكثر كفاءة في السبعينيات والثمانينيات، احتوت على العديد من الميزّات المتنوعة كما لم تكن قديماً.

سيرة وليام كولين مخترع التبريد الاصطناعي

كان ويليام كولين (1710-1790) طبيبًا وكيميائيًا وزراعيًا اسكتلنديًا، يُعرف أيضًا باسم “الشخصية المركزية في عصر التنوير الاسكتلندي”، وهو أحد أهم الأساتذة في كلية الطب في إدنبرة ورائد في مجال التبريد الصناعي، ولد ويليام كولين في هاميلتون، لاناركشاير، كان والد ويليام كولين محام، وأمه إليزابيث روبرتون من ويسلبري، كانت مدرسته الأولى هي المدرسة النحوية القديمة في هاملتون، وبعد ذلك، عندما كان في السادسة عشرة من عمره، بدأ دورة الدراسات العامة للفنون في جامعة جلاسكو، كان متدربًا لجون بيزلي، جراح جلاسكو الصيدلاني، الذي قاسي علاجه، وبعد ذلك أمضى كولين عامًا كجراح في سفينة تجارية تتاجر بين لندن وجزر الهند الغربية.
أمضى ويليام كولين عامين كمساعد صيدلي للسيد موراي في لندن، بعد ذلك عاد إلى اسكتلندا عام 1732 ليفتح عيادة طبية عامة في أبرشية شوتس، واصل دراسة الطب من 1734 إلى 1736 بجامعة إدنبرة، هناك أصبح مهتمًا بالكيمياء وأيضًا كان أحد مؤسسي الجمعية الطبية الملكية، في عام 1755، أعطى اللورد كاميس منصب أستاذ الكيمياء والطب في جامعة إدنبرة إلى ويليام كولين، عام 1756 قدّم أول عرض عام موثق للتبريد الاصطناعي، استخدم مضخة لإنشاء فراغ جزئي في وعاء من ثنائي إيثيل إيثر، وبذلك خفض نصف لتر الغليان وثنائي إيثيل الإيثر المغلي، هذا التفاعل يمتص الحرارة من البيئة المحيطة، أنتج هذا التأثير كمية صغيرة من الجليد، لكن العملية لم تكن عملية ولا يمكن استخدامها تجاريًا، لكنها كانت بداية التجارب والأفكار الأخرى التي نشأت بعدها.

أنواع وأنماط الثلاجات

هناك العديد من أنواع الثلاجات المختلفة، قد تختلف حسب الحجم والتصميم الخارجي والطريقة التي يستخدمونها لإنتاج درجات حرارة منخفضة، يتم تصنيع الثلاجات والمجمدات المنزلية لتخزين الطعام بأحجام مختلفة من أصغرها بحجم 4 لتر إلى الكبيرة التي يمكن أن تصل إلى 600 لتر، يمكن أيضًا دمجها مع المجمدات أو بدونها، قد يكون لتلك التي لا تحتوي على مجمدات قسم صغير لصنع مكعبات الثلج، النوع الأكثر شيوعًا هو “ثلاجة الضاغط”، بالنسبة للأماكن التي تحتاج إلى ثلاجات تعمل بهدوء، تكون ثلاجات الامتصاص أو وحدات بلتيير الحرارية الكهربائية أكثر ملاءمة، ويتم تشغيل ثلاجات الضاغط وبلتيير بالكهرباء بينما يمكن لثلاجات الامتصاص استخدام أي مصدر حرارة.
لا تحتوي مبردات بلتيير أيضًا على مبرد ولكنها أقل كفاءة من الناحية الديناميكية الحرارية وتستخدم المزيد من الكهرباء، تستخدم بعض وحدات الثلاجة الزيت أو الغاز (الغاز الطبيعي أو البروبان) أو يمكن أن تعمل بالطاقة المزدوجة بالغاز والكهرباء، تمّ تصميم ثلاجات الطاقة الشمسية وثلاجات الكتلة الحرارية لاستخدام كمية أقل من الكهرباء، الأول يستخدم الشمس للوصول إلى درجات الحرارة اللازمة للعمل بينما يعتمد الآخر على العزل القوي للحفاظ على درجات الحرارة المنخفضة لفترات أطول، تُعد ثلاجات الفريزر العلوية ذات التصميم الحكيم أكثر أنواع الثلاجات شيوعًا وهي الأقل تكلفة، ظهرت لأول مرة في الأربعينيات ولا تزال تحظى بشعبية.
كان الفريزر جزءًا من الثلاجة (ولا يزال من الممكن العثور عليه حتى اليوم)، بينما أصبحت حجرة التجميد المنفصلة هي المعيار الصناعي خلال الفترة من أوائل إلى منتصف الستينيات، تتشابه ثلاجات الفريزر السفلية مع طرازات المجمدات العلوية، تم تقديم ثلاجة تُعرف باسم الثلاجة على الطراز الأمريكي، بواسطة (Amana) في عام 1949 وأصبحت شائعة في الستينيات، لا تزال شعبيتها قوية، إنّها مصممة بحيث يكون الجانب الأيسر للفريزر والجانب الأيمن للثلاجة، ظهر نمط الباب الفرنسي في التسعينيات، يحتوي على ثلاجة في الجزء العلوي مع بابين فرنسيين ومجمد في الأسفل، وغالبًا ما يتم صنعه كدرج، أمّا بالنسبة للثلاجة ذات الأربعة أبواب على الطراز الفرنسي هو تصميم ظهر في منتصف عام 2000.
الثلاجات المدمجة هي عبارة عن إصدارات صغيرة من الثلاجات القياسية، حيثُ يتم استخدامها في الأماكن التي لا تكون فيها المساحة واسعة مثل غرف النوم أو المكاتب المنزلية، تحتوي مجمدات الأبواب والأدراج على أدراج رفعية، بحيث يمكن سحب محتويات الفريزر بالكامل عند فتح الأبواب، طراز أربعة أبواب يحتوي على قسم ثلاجة باب فرنسي في النصف العلوي وقسم سفلي به ثلاجة على اليسار ومساحة يمكن تحويلها بين مساحة الثلاجة والفريزر على اليمين.

كيف تعمل الثلاجة؟

في الثلاجة محرك حراري يتم فيه العمل على مادة مبردة حتى تتمكن من تجميع الطاقة من المنطقة الباردة، ثمّ يقوم بتسليمها في منطقة درجة حرارة أعلى وبهذا يتم تبريد المنطقة الباردة أكثر، العناصر الأساسية للثلاجة هي ضاغط متصل بنظام الأنابيب الخارجي الأكثر سخونة (يسمّى ملفات المكثف)، والمتصل بصمام التمدد بنظام الأنابيب الداخلي والأبرد (ملفات المبخر)، والمتصل مرة أخرى هو الضاغط، جميعها تحتوي على مادة التبريد ويتم وضع ملفات المبخر في “صندوق” معزول حرارياً يتمثل دوره في الحفاظ على برودة الداخل، المبرد “يبدأ” كغاز (بحيث يعمل كدورة كاملة) عند ضاغط يرفع الضغط الذي يسخن الغاز.
ثمُّ يمر الغاز المضغوط عبر ملفات المكثف (الخارجية) الموجودة على ظهر الثلاجة، والتي يتم تصنيعها بحيث يفقد الغاز درجة الحرارة المرتفعة فيها ويبدأ في التحول إلى سائل لأنّه تحت ضغط مرتفع، يأتي المبرد السائل إلى صمام التمدد لأنّها دورة، بين الصمام والضاغط منطقة ذات ضغط منخفض، يقوم الضاغط بسحب سائل التبريد من صمام التمدد إلى ملفات المبخر، بسبب الضغط المنخفض يبدأ المبرد السائل في الغليان والتبخر، المبرد وهو غاز الآن، يمر عبر ملفات المبخر، ولأنّه يحتاج إلى طاقة حتى يتمكّن من التبخر، فإنّه “يصرفه” من المنطقة المحيطة ويجعلها أكثر برودة من ملفات المبخر، يذهب غاز التبريد إلى الضاغط وتتكرر الدورة.