Tủ lạnh là một trong những thiết bị không thể thiếu trong các gia đình thời hiện đại, giúp chúng ta làm lạnh và bảo quản thực phẩm. Ngày nay, tủ lạnh và điều hòa không khí chiếm gần 20% mức năng lượng tiêu thụ trên toàn thế giới.
Kỹ thuật làm lạnh là quá trình tạo ra các điều kiện làm mát bằng cách loại bỏ nhiệt. Người ta thường sử dụng kỹ thuật này để bảo quản thức ăn và những mặt hàng dễ hỏng khác, qua đó ngăn ngừa các bệnh do thực phẩm gây ra. Nguyên nhân là do sự phát triển của vi khuẩn sẽ bị chậm lại ở nhiệt độ thấp hơn. Phương pháp bảo quản thực phẩm bằng cách làm lạnh đã có từ hàng nghìn năm trước, nhưng tủ lạnh hiện đại là một phát minh gần đây.
Sự ra đời của tủ lạnh
Người Trung Quốc đã biết cắt gọt và lưu trữ những khối băng từ năm 1.000 trước Công nguyên. Họ dùng băng để ướp lạnh trái cây hoặc rượu. Khi không có sẵn băng ngoài tự nhiên, người Ai Cập và Ấn Độ cổ đại tạo ra nước đá bằng cách để nồi đất nung đựng nước trong đêm lạnh. Các nền văn minh khác, chẳng hạn như người Hy Lạp, La Mã và Do Thái, bảo quản băng tuyết trong hầm chứa và bao phủ xung quanh bằng các loại vật liệu cách nhiệt. Đến thế kỷ 18, người châu Âu đã biết cách thu lượm băng vào mùa đông, ướp muối, bọc trong vải flannel, sau đó cất giữ dưới lòng đất trong nhiều tháng. Băng đá thậm chí còn được vận chuyển đến nhiều địa điểm khác nhau trên thế giới để làm kho lạnh bảo quản thực phẩm. Đây chính là những chiếc tủ lạnh tự nhiên đầu tiên.
Khái niệm làm lạnh cơ học (mechanical refrigeration) ra đời vào những năm 1720, khi William Cullen, một bác sĩ người Scotland, quan sát thấy sự bay hơi của chất lỏng có tác dụng làm mát. Ông đã chứng minh điều này vào năm 1748 bằng cách làm bay hơi chất lỏng ethyl ether trong chân không.
Đến năm 1805, Oliver Evans, một nhà phát minh người Mỹ, đã thiết kế [nhưng không chế tạo] một cỗ máy làm lạnh sử dụng hơi thay vì chất lỏng. Năm 1820, Michael Faraday, nhà phát minh người Anh, đã thử nghiệm tính chất làm lạnh của chất khí. Faraday nhận thấy rằng, bằng cách nén và hóa lỏng khí amoniac (NH3) sau đó để amoniac lỏng bay hơi, ông có thể làm mát không khí trong phòng thí nghiệm. Đến năm 1835, cộng sự của Evans là Jacob Perkins đã nhận được bằng sáng chế về chu trình nén hơi sử dụng amoniac hóa lỏng. Nhờ công trình này, đôi khi người ta gọi Perkins là “cha đẻ của tủ lạnh”.
Jacob Perkins, nhà phát minh người Mỹ, được mệnh danh là cha đẻ của tủ lạnh. Ảnh: History.
Năm 1842, bác sĩ John Gorrie người Mỹ chế tạo thành công một cỗ máy tương tự thiết kế của Evans. Gorrie sử dụng chiếc tủ lạnh của mình [thiết bị có thể tạo ra băng] để làm mát cho các bệnh nhân bị bệnh sốt vàng (yellow fever) tại một bệnh viện ở Florida (Mỹ). Gorrie được nhận bằng sáng chế đầu tiên của Mỹ cho phương pháp làm băng nhân tạo vào năm 1851.
Kể từ đó, các nhà phát minh khác trên khắp thế giới đã cải tiến kỹ thuật hiện có và tiếp tục phát triển những kỹ thuật mới để làm lạnh. Năm 1859, kỹ sư người Pháp Ferdinand Carré chế tạo tủ lạnh sử dụng hỗn hợp amoniac và nước. Carl von Linde, một nhà khoa học người Đức, đã phát minh ra máy nén làm lạnh cầm tay sử dụng methyl ether vào năm 1873, và đến năm 1876 ông chuyển sang dùng amoniac. Năm 1899, Albert T. Marshall, nhà phát minh người Mỹ, được cấp bằng sáng chế cho chiếc tủ lạnh cơ học đầu tiên. Năm 1930, nhà vật lý nổi tiếng Albert Einstein nhận được bằng sáng chế cho một chiếc tủ lạnh thân thiện với môi trường, không có bộ phận chuyển động và không phụ thuộc vào điện.
Tủ lạnh bắt đầu trở nên phổ biến vào cuối thế kỷ 19 sau khi chiếc tủ lạnh thương mại đầu tiên được lắp đặt tại một nhà máy bia ở Brooklyn, New York (Mỹ) vào năm 1870. Bước sang thế kỷ 20, gần như tất cả các nhà máy bia đều có tủ lạnh. Các nhà máy sản xuất thịt hộp cũng sử dụng tủ lạnh để bảo quản sản phẩm của mình.
Tủ lạnh được coi là đồ dùng thiết yếu trong nhà tại Mỹ vào những năm 1920, khi có hơn 90% các hộ gia đình sử dụng tủ lạnh. Ngày nay, gần như tất cả các ngôi nhà ở Mỹ – khoảng 99% – sở hữu ít nhất một chiếc tủ lạnh, và khoảng 26% các hộ gia đình có hơn một chiếc tủ lạnh trong nhà, theo báo cáo của Bộ Năng Lượng Mỹ.
Nguyên lý hoạt động
Tủ lạnh ngày nay hoạt động cũng giống như tủ lạnh hơn 100 năm trước, dựa trên cơ chế làm bay hơi chất lỏng. Chất làm lạnh dạng lỏng được đẩy qua các ống dẫn bên trong tủ lạnh và bắt đầu bốc hơi. Khi chất lỏng bay hơi, chúng mang theo hơi nóng đi tới một cuộn dây bên ngoài tủ lạnh, nơi nhiệt được giải phóng. Chất khí sau đó được đưa trở lại máy nén, ở đây nó biến thành dạng lỏng, và chu kỳ này lặp đi lặp lại.
Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ (EPA), các tủ lạnh thời kỳ đầu thường sử dụng chất lỏng và chất khí dễ cháy, độc hại, có mức độ phản ứng hóa học cao. Năm 1926, Thomas Midgley – một kỹ sư, đồng thời là nhà hóa học người Mỹ – đã nghiên cứu các giải pháp an toàn hơn cho tủ lạnh. Midgley phát hiện ra rằng, các hợp chất chứa florua dường như là sự lựa chọn tối ưu nhất. Kể từ đó, các nhà sản xuất tủ lạnh chuyển sang sử dụng hợp chất clorofluorocarbons (CFCs). Gần 50 năm sau, giới khoa học mới phát hiện các hợp chất CFCs có hại cho tầng ozone trong khí quyển.
Ủy ban Năng lượng California (Mỹ) cho biết, hầu hết tủ lạnh được sản xuất ngày nay đều sử dụng các hợp chất hydrofluorocarbons (HFCs). Chúng an toàn hơn so với CFCs và nhiều hợp chất làm lạnh khác. Tuy nhiên, EPA vẫn đang cập nhật danh sách các loại hợp chất mà công ty sản xuất tủ lạnh có thể sử dụng.
Theo Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (FDA), tủ lạnh giúp bảo quản thực phẩm nhưng chỉ khi nó hoạt động ở nhiệt độ thích hợp. Nếu tủ lạnh không duy trì được nhiệt độ đủ lạnh, vi khuẩn có hại trong thức ăn sẽ phát triển nhanh chóng và gây ô nhiễm chéo thực phẩm. Người sử dụng có thể bị kích ứng nhẹ hoặc ngộ độc thực phẩm nghiêm trọng. FDA khuyến cáo nên đặt nhiệt độ tối đa của tủ lạnh ở mức 4,4°C. Ngoài ra, chúng ta không nên để quá nhiều đồ vào tủ lạnh khiến nó bị quá tải, luồng khí lạnh không thể lưu thông và lan đều khắp các vị trí dẫn đến việc bảo quản thức ăn bị ảnh hưởng.
Quốc Lê
