冷蔵庫

冷蔵庫

現代の冷蔵庫の外観
タイプ	アプライアンス
インセプション	1913年; 111年前 （1913年）
メーカー	様々な
利用可能	世界的に

冷蔵庫（英: fridge ）は、断熱室とヒートポンプ（機械式、電子式、化学式）から構成される業務用および家庭用の電気機器で、ヒートポンプは内部の熱を外部環境に伝達し、内部を室温よりも低い温度に冷却します。^[1]冷蔵は世界中で不可欠な食品保存技術です。 ^[2]低温により細菌の増殖率が低下するため、冷蔵庫は腐敗率を低下させます。冷蔵庫は、水の凝固点より数度高い温度を維持します。生鮮食品の保存に最適な温度範囲は、3～5 °C（37～41 °F）です。^[3]冷凍庫は、内容物の温度を水の凝固点未満に保つ特殊な冷蔵庫、または冷蔵庫の一部です。 ^[4]冷蔵庫は、ほぼ150年にわたって一般的な家庭用電化製品であったアイスボックスにとって代わりました。米国食品医薬品局は、冷蔵庫の温度を4℃（40℉）以下に保ち、冷凍庫の温度を−18℃（0℉）に保つことを推奨している。^[5]

食品を冷却する最初のシステムには氷が使われた。^[6]人工的な冷凍は1750年代半ばに始まり、1800年代初期に開発された。^[7] 1834年、エアコンに使われているのと同じ技術を使った、最初の実用的な蒸気圧縮冷凍システムが作られた。^[8]最初の商用製氷機は1854年に発明された。 ^[9] 1913年、家庭用冷蔵庫が発明された。^[10] 1923年、フリジデール社が最初の自己完結型ユニットを発表。 1920年代にフロンが導入されたことで、1930年代には冷蔵庫市場が拡大した。1940年には、氷を入れるだけの必要以上に大きな独立したコンパートメントを備えた家庭用冷凍庫が導入された。以前は贅沢品だった冷凍食品が、一般的なものとなった。

冷凍庫は、家庭だけでなく、産業や商業でも使用されています。業務用冷蔵庫と冷凍庫は、一般的な家庭用モデルが登場する以前から、ほぼ 40 年間使用されていました。冷凍庫が冷蔵庫の上に置かれているスタイルは、1940 年代から基本的なスタイルでしたが、現代の並列冷蔵庫がこのトレンドを打ち破りました。ほとんどの家庭用冷蔵庫、冷凍冷蔵庫、冷凍庫では、蒸気圧縮サイクルが使用されています。新しい冷蔵庫には、自動霜取り機能、冷水、ドアのディスペンサーからの氷の供給機能が搭載されている場合があります。

食品保存用の家庭用冷蔵庫と冷凍庫には、さまざまなサイズがあります。最も小さいものには、飲み物を冷やすためのペルチェ式冷蔵庫があります。大型の家庭用冷蔵庫は、高さが人と同じくらいで、幅が約 1 メートル (3 フィート 3 インチ)、容量が 0.6 立方メートル (21 立方フィート) あります^。冷蔵庫と冷凍庫は、独立型の場合もあれば、キッチンに組み込まれている場合もあります。冷蔵庫により、現代の家庭では以前よりも長く食品を新鮮に保つことができます。冷凍庫により、傷みやすい食品をまとめて購入してゆっくり食べたり、まとめ買いしたりすることができます。

古代の起源

古代イラン人は、蒸発冷却と放射冷却の原理を利用したヤフチャールと呼ばれる冷却装置を最初に発明した人々の一人であった。これらの複合施設は、地下の貯蔵スペース、地上の大きな厚い断熱ドーム構造、バードギール（風を捕らえる装置）と一連のカナート（水道）を備えていた。^{[要出典] [11]}

電気冷蔵庫以前

近代では、現代の電気冷蔵庫が発明される前は、一年の大半を冷蔵するために氷室やアイスボックスが使われていました。淡水湖の近くに設置されたり、冬には雪や氷で覆われたりと、かつては非常に一般的でした。今日でも自然の手段は食品を冷やすのに使われています。山腹では、溶けた雪の流出水が飲み物を冷やすのに便利ですし、冬には牛乳を屋外に置いておくだけで、より長く新鮮に保つことができます。「冷蔵」という言葉は、少なくとも17世紀には使われていました。^[12]

人工冷却

人工冷凍の歴史は、1755年にスコットランドのウィリアム・カレン教授が小型冷凍機を設計したときに始まりました。カレン教授はポンプを使用してジエチルエーテルの容器の上に部分的な真空を作り、ジエチルエーテルを沸騰させて周囲の空気から熱を吸収しました。 ^[13]この実験では少量の氷も作られましたが、当時は実用的な用途はありませんでした。

1805年、アメリカの発明家オリバー・エバンスは、真空下でエーテルから氷を製造するための密閉式蒸気圧縮冷凍サイクルについて説明した。1820年、イギリスの科学者マイケル・ファラデーは、高圧低温を利用してアンモニアなどのガスを液化させ、1834年にはイギリスに駐在していたアメリカ人のジェイコブ・パーキンスが、最初の実用的な蒸気圧縮冷凍システムを構築した。それは、連続的に動作できる密閉サイクルの装置だった。^[14]同様の試みが1842年にアメリカの医師ジョン・ゴリーによってなされ、^[15]実用的なプロトタイプを作ったが、商業的には失敗した。アメリカの技術者アレクサンダー・トワイニングは、 1850年にエーテルを使用する蒸気圧縮システムでイギリスの特許を取得した。

最初の実用的な蒸気圧縮冷凍システムは、スコットランド系オーストラリア人のジェームズ・ハリソンによって構築されました。彼が1856年に取得した特許は、エーテル、アルコール、またはアンモニアを使用する蒸気圧縮システムに関するものでした。彼は1851年にビクトリア州ジーロングのロッキーポイントにあるバーウォン川のほとりに機械式製氷機を構築し、1854年には最初の商用製氷機を製造しました。ハリソンは、醸造所や食肉加工場にも商用蒸気圧縮冷凍を導入し、1861年までに彼のシステムが12個も稼働していました。

最初のガス吸収冷凍システム（コンプレッサーを使わず、熱源で駆動）は、1859 年にフランスのエドワード トゥーサンによって開発され、1860 年に特許を取得しました。このシステムでは、水に溶解したガス状のアンモニア（「アンモニア水」）が使用されました。

ドイツのミュンヘン工科大学の工学教授であったカール・フォン・リンデは、1876年にガスを液化する改良法の特許を取得し、信頼性が高く効率的な最初の圧縮アンモニア冷蔵庫を発明しました。 ^[16]彼の新しいプロセスにより、アンモニア（NH ₃）、二酸化硫黄（SO ₂）、塩化メチル（CH ₃ Cl）などのガスを冷媒として使用することが可能になり、安全上の懸念にもかかわらず、1920年代後半までその目的で広く使用されました。^{[17] 1895年に彼は}冷凍サイクルを発見しました。

1894年、ハンガリーの発明家で実業家のイシュトヴァーン・ロックは、エスリンゲン機械工場と共同で、電動コンプレッサーで動く大型の工業用アンモニア冷蔵庫の製造を開始した。この電動コンプレッサーはガンツ工場で製造された。1896年の千年博覧会で、ロックとエスリンゲン機械工場は6トンの容量を持つ人工氷製造プラントを発表した。1906年、ハンガリー初の大型冷蔵庫（容量3,000トン、ヨーロッパ最大）がブダペストのトート・カールマン通りにオープンしたが、この機械はガンツ工場で製造された。第二次世界大戦後の国有化まで、ハンガリーの大規模な工業用冷蔵庫の生産はロックとガンツ工場が行っていた。^[18]

業務用冷蔵庫と冷凍庫は、さまざまな名前で呼ばれ、家庭用モデルが普及する以前から40年近く使用されていました。これらの冷蔵庫は、アンモニア（R-717）や二酸化硫黄（R-764）などのガスシステムを使用していましたが、ガス漏れが時々発生し、家庭での使用には安全ではありませんでした。実用的な家庭用冷蔵庫は1915年に導入され、価格が下がり、フレオン12 （R-12）などの無毒で不燃性の合成冷媒が導入された1930年代に米国で広く受け入れられました。しかし、R-12はオゾン層に有害であることが判明したため、政府は1994年に新しい冷蔵庫と空調システムでの使用を禁止しました。R-12のより害の少ない代替品であるR-134a（テトラフルオロエタン）は1990年以来一般的に使用されていますが、R-12は多くの古いシステムにまだ使用されています。

継続的に稼働する冷蔵設備は、通常、スーパーマーケットで使用されるエネルギーの最大50％を消費します。中身を検査できるようにガラス製のドアは、1.3倍のエネルギーを消費するオープンショーケースよりも大幅に効率が向上します。^[19]

1913年、インディアナ州フォートウェインのフレッド・W・ウルフが家庭用初の電気冷蔵庫を発明、製造した。モデルはアイスボックスの上にユニットが取り付けられていた。^{[20] [21]彼の最初の装置は}DOMELREと呼ばれ、その後数年間に数百台が製造された。^{[22] [23]} 1914年、ミシガン州デトロイトの技術者ナサニエル・B・ウェールズが実用的な電気冷蔵ユニットのアイデアを発表し、これが後にケルビネーターの基礎となった。アルフレッド・メロウズは1916年に、キャビネットの底にコンプレッサーを備えた自己完結型冷蔵庫を発明した。メロウズはこの冷蔵庫を商業的に製造したが、1918年にウィリアム・C・デュラントが買収し、冷蔵庫の大量生産を行うフリジデール社を設立した。1918年、ケルビネーター社は自動制御を備えた初の冷蔵庫を発表した。吸収式冷蔵庫は、 1922年にスウェーデンのバルツァール・フォン・プラテンとカール・ムンタースが、ストックホルム王立工科大学の学生だったときに発明しました。この冷蔵庫は世界的に成功し、エレクトロラックス社によって商品化されました。他の先駆者には、シャルル・テリエ、デビッド・ボイル、ラウル・ピクテなどがいます。カール・フォン・リンデは、実用的でコンパクトな冷蔵庫の特許を取得し、初めて製造した人物です。

これらの家庭用ユニットでは、通常、モーターとコンプレッサーの機械部品を地下室か隣接する部屋に設置する必要があり、冷蔵ボックスはキッチンに設置されていました。1922 年モデルには、木製の冷蔵ボックス、水冷式コンプレッサー、製氷皿、0.25 立方メートル (9 立方フィート) のコンパートメントで構成され、714 ドルの値段が付けられました (1922 年型フォード モデル Tは約 476 ドルでした)。1923 年までに、ケルビネーターは電気冷蔵庫市場の 80 パーセントを占めていました。また、1923 年には、フリジデールが最初の独立型ユニットを発表しました。この頃、磁器で覆われた金属製キャビネットが登場し始めました。製氷皿は 1920 年代にますます多く導入されましたが、この頃まで、冷凍は現代の冷蔵庫の補助機能ではありませんでした。

広く普及した最初の冷蔵庫は、1927年に発売されたゼネラル・エレクトリック社の「モニタートップ」冷蔵庫で、1860年代の装甲艦USSモニター^{の砲塔に似ていることから、一般の人々からそう呼ばれた。 [25]}大量の熱を発するコンプレッサーアセンブリはキャビネットの上に配置され、装飾的なリングで囲まれていた。100万台以上が製造された。これらの冷蔵庫は、冷媒として、目を腐食させ、視力喪失、痛みを伴う皮膚の火傷や損傷を引き起こす可能性のある二酸化硫黄、または可燃性が高く、目に有害で、吸入または摂取すると有毒なメチルギ酸のいずれかを使用していた。^[26]

1920年代にフロンが導入されたことで、1930年代には冷蔵庫市場が拡大し、それまで使用されていた冷媒に代わる、より安全で毒性の低い代替品が提供された。独立型冷凍庫は1940年代に一般的になり、当時よく使われていた用語は「ディープフリーズ」だった。これらの装置、つまり電化製品は、第二次世界大戦後まで家庭用として大量生産されることはなかった。^{[27] 1950年代と1960年代には、}自動霜取りや自動製氷などの技術的進歩が見られた。環境問題により非常に効率的な（フロン）冷媒が禁止されたにもかかわらず、1970年代と1980年代には、より効率的な冷蔵庫が開発された。初期の冷蔵庫モデル（1916年以降）には、製氷皿用の冷蔵室があった。 1920 年代後半から、ポスタム カンパニー(ゼネラル フーズの前身) は、クラレンス バーズアイの成功した新鮮冷凍法 の権利を購入してその技術を獲得し、新鮮な野菜を冷凍処理することに成功しました。

1950年代初頭には冷蔵庫の大半は白色でしたが、1950年代半ばから現在にかけて、製造業者やデザイナーは色を加えるようになりました。ピンクやターコイズなどのパステルカラーは、1950年代後半から1960年代前半にかけて人気を博しました。また、一部のモデルには、ステンレススチールのような外観のブラッシュドクロームメッキが施されていました。1960年代後半から1970年代前半には、ハーベストゴールド、アボカドグリーン、アーモンドなどのアースカラーが人気でした。1980年代には、黒が流行しました。1990年代後半には、ステンレススチールが流行しました。1961年以来、カラーマーケティンググループは、電化製品やその他の消費財の色をコーディネートしようと努めてきました。

冷凍庫は、家庭や産業、商業で使用されています。-18 °C (0 °F) 以下で保存された食品は無期限に安全です。^[28]ほとんどの家庭用冷凍庫は、-23 ～ -18 °C (-9 ～ 0 °F) の温度を維持しますが、冷凍専用のユニットの中には、-34 °C (-29 °F) 以下になるものもあります。冷蔵冷凍庫は、両方のコンパートメントに同じ冷却ループが使用されているため、通常、-23 °C (-9 °F) 未満には達しません。冷凍室の温度を下げすぎると、冷蔵室を氷点以上の温度に保つのが難しくなります。家庭用冷凍庫は、冷蔵庫内の別のコンパートメントとして組み込むことも、別の機器として使用することもできます。家庭用冷凍庫は、冷蔵庫に似た直立型か、蓋またはドアが上にあるチェスト型冷凍庫のいずれかです。チェスト型冷凍庫は高さより幅が広く、効率と停電に対する部分的な耐性のために利便性を犠牲にしています。^[29]現代の直立型冷凍庫の多くには、ドアに製氷機が組み込まれています。高級モデルの中には、サーモスタットのディスプレイとコントロールが付いているものもあります。

家庭用冷凍庫は、独立した区画（氷を入れるためだけのものよりも大きい）または独立したユニットとして、1940 年に米国で導入されました。それまで贅沢品であった冷凍食品が、一般的なものになりました。

1955年に、クラレンス・バーズアイの方法ですでに冷凍された食品を購入するのではなく、所有者が新鮮な食品を自分で冷凍できるほど十分に冷たい家庭用冷凍庫が発売されました。^{[30] [31]}

ウォークイン冷凍庫は、その名の通り、人が歩いて冷凍庫に入ることができる。安全規則では緊急時の解放が義務付けられており、長時間冷凍庫にいると低体温症になる可能性があるため、雇用主は冷凍庫がロックされたときに誰も中に閉じ込められないように確認する必要がある。^[32]

蒸気圧縮サイクルは、ほとんどの家庭用冷蔵庫、冷凍冷蔵庫、冷凍庫で使用されています。このサイクルでは、R134aなどの循環冷媒が、冷蔵庫の内部の温度と同じかそれよりわずかに低い温度の低圧蒸気としてコンプレッサに入ります。蒸気は圧縮され、高圧の過熱蒸気としてコンプレッサから出ます。過熱蒸気は、圧力がかかった状態で、凝縮器を構成するコイルまたはチューブを通過します。コイルまたはチューブは、室内の空気にさらされることで受動的に冷却されます。凝縮器は蒸気を冷却し、液化します。冷媒が凝縮器を出るとき、圧力は依然としてかかっていますが、室温よりわずかに高い温度になっています。この液体冷媒は、膨張弁とも呼ばれる計量装置または絞り装置 (基本的にはチューブ内のピンホール サイズの狭窄部) を通過して、はるかに圧力の低い領域に送られます。圧力が突然低下すると、液体の一部 (通常は約半分) が爆発のように瞬間蒸発します。このフラッシュ蒸発によって吸収される潜熱は、主に隣接するまだ液体の冷媒から引き出されます。これは自動冷却と呼ばれる現象です。この冷たく部分的に気化した冷媒は、蒸発器ユニットのコイルまたはチューブを通って流れ続けます。ファンがコンパートメント (「ボックス空気」) からこれらのコイルまたはチューブに空気を吹き付け、冷媒が完全に気化し、ボックス空気からさらに潜熱を引き出します。この冷却された空気は冷蔵庫または冷凍庫のコンパートメントに戻され、ボックス空気を冷たく保ちます。冷蔵庫または冷凍庫の冷たい空気は、蒸発器内の冷媒よりもまだ暖かいことに注意してください。完全に気化してわずかに加熱された冷媒は、蒸発器から出て、サイクルを継続するためにコンプレッサーの入口に戻ります。

現代の家庭用冷蔵庫は、モーターとコンプレッサーが溶接された容器「密閉ユニット」内に統合されているため、漏れや汚染の可能性が大幅に減少し、信頼性が非常に高くなっています。これに対し、自動車のエアコンなどの外部結合型冷凍コンプレッサーでは、シャフトシールから液体や潤滑剤が漏れることは避けられません。このため、定期的な再充填が必要になり、これを無視するとコンプレッサーが故障する可能性があります。

2室の冷蔵庫では、冷蔵室と冷凍室の冷却を制御するために特別な設計が必要です。通常、コンプレッサーとコンデンサーコイルはキャビネットの上部に取り付けられ、1つのファンで両方を冷却します。この配置にはいくつかの欠点があります。各コンパートメントを個別に制御できず、湿気の多い冷蔵庫の空気が乾燥した冷凍室の空気と混ざります。^[33]

複数のメーカーがデュアル コンプレッサー モデルを提供しています。これらのモデルには、互いに独立して動作する独立した冷凍室と冷蔵室があり、単一のキャビネット内に取り付けられている場合もあります。それぞれに、独立したコンプレッサー、凝縮器と蒸発器のコイル、断熱材、サーモスタット、ドアがあります。^{[引用が必要]}

2 つの設計を組み合わせたのが、各コンパートメントに個別のファンを使用するデュアル ファン アプローチです。これにより、単一のコンプレッサー システムで個別の制御と空気の流れが可能になります。^{[引用が必要]}

吸収式冷蔵庫は、コンプレッサー式冷蔵庫とは動作が異なり、液化石油ガスの燃焼、太陽熱エネルギー、電気加熱要素などの熱源を使用します。これらの熱源は、一般的な冷蔵庫のコンプレッサーモーターよりもはるかに静かです。ファンまたはポンプが唯一の機械的可動部品である可能性があり、対流に頼ることは非現実的であると考えられています。

吸収式冷凍機 (または「チラー」) のその他の用途としては、オフィスビルや病院、大学などの複合施設で使用される大型システムがあります。これらの大型システムは、建物内を循環する塩水を冷却するために使用されます。

ペルチェ効果は、電気を使って熱を直接送り出すものです。このシステムを採用した冷蔵庫は、キャンプや騒音が許されない状況で使用されることがあります。完全に無音にすることもできますが (空気循環用のファンが取り付けられていない場合)、他の方法よりもエネルギー効率は低くなります。

生物学的サンプルの保管に使用される「超冷」または「超低温 (ULT) 」(通常 -80 または -86 °C [-112 または -123 °F]) 冷凍庫も、一般的には 2 段階の冷却を採用していますが、カスケード方式です。低温段階では、冷媒としてメタンまたは類似のガスを使用し、その凝縮器は 、より一般的な冷媒を使用する第 2 段階によって約 -40 °C に保たれます。

はるかに低い温度の場合、研究室では通常、液体窒素（-196 °C [-320.8 °F]）を購入し、デュワー瓶に入れてサンプルを吊り下げます。極低温チェストフリーザーは、-150 °C (-238 °F) までの温度を実現でき、液体窒素のバックアップを備えている場合があります。

現在大量生産されていない蒸気圧縮サイクルの代替品としては、以下のものがあります。

現代の冷蔵庫/冷凍庫の多くは、冷凍庫が上部にあり、冷蔵庫が下部にあります。ほとんどの冷蔵庫/冷凍庫は、手動霜取りモデルや安価なユニットを除いて、2つのサーモスタットを使用しているようです。適切に温度制御されるのは冷蔵室のみです。冷蔵庫が暖かくなりすぎると、サーモスタットが冷却プロセスを開始し、ファンが冷凍庫の周りの空気を循環させます。この間、冷蔵庫も冷えていきます。冷凍庫のコントロールノブは、ダンパーシステムを介して冷蔵庫に流入する空気の量を制御するだけです。^[35]冷蔵庫の温度を変更すると、冷凍庫の温度が意図せず逆方向に変化します。^{[引用が必要]}冷凍庫の温度を変更しても、冷蔵庫の温度には影響しません。冷凍庫のコントロールは、冷蔵庫の調整を補正するために調整することもできます。^{[引用が必要]}

これは、冷蔵庫が暖かくなりすぎる可能性があることを意味します。ただし、冷蔵室に十分な空気が送られるため、ドアが開けられない限り、冷凍庫は通常、設定温度にすぐに戻ります。冷蔵庫または冷凍庫のドアが開くと、一部のユニットではファンがすぐに停止し、冷凍庫の蒸発器コイルに霜が過度に付着するのを防ぎます。このコイルは 2 つの領域を冷却しているためです。冷凍庫が温度に達すると、冷蔵庫の温度に関係なく、ユニットは停止します。現代のコンピューター制御の冷蔵庫はダンパー システムを使用しません。コンピューターは両方のコンパートメントのファン速度を管理しますが、冷凍庫からの空気は引き続き吹き出されます。^{[引用が必要]}

新しい冷蔵庫には以下の機能が搭載されている場合があります:

• 自動霜取り
• 温度表示を点滅させてユーザーに警告する停電警告。停電中に達した最高温度や、冷凍食品が解凍されたかどうか、有害な細菌が含まれている可能性があるかどうかなどが表示されます。
• ドアのディスペンサーから冷水と氷が出てきます。水と氷のディスペンサーは 1970 年代に利用可能になりました。一部の冷蔵庫では、氷を作るプロセスが組み込まれているため、ユーザーは手動で製氷皿を使用する必要がありません。一部の冷蔵庫には、水冷却装置と水ろ過システムが備わっています。
• 冷蔵庫を引き出して掃除しやすくするキャビネットローラー
• 調節可能な棚とトレイ
• 水フィルターの交換時期を知らせるステータスインジケーター
• ドア内製氷キャディは、製氷機の保管場所を冷凍庫のドアに移し、使用可能な冷凍庫スペースを約 60 リットル (2.1 立方フィート) 節約します。取り外し可能で、製氷機の詰まりを防ぐのに役立ちます。
• 冷蔵庫のドア棚の冷却ゾーン。冷凍室からの空気が冷蔵庫のドアに送られ、ドア棚に保管されている牛乳やジュースを冷却します。
• 冷蔵庫のメインドアにドロップダウンドアが組み込まれているため、牛乳などの頻繁に使用するアイテムに簡単にアクセスでき、メインドアを開ける必要がないためエネルギーを節約できます。
• 急速冷凍機能は、コンプレッサーを一定時間稼働させて食品を急速に冷却し、冷凍庫の温度を通常動作レベルより一時的に下げます。この機能は、冷凍庫に 1 kg を超える未冷凍食品を入れる数時間前に使用することをお勧めします。この機能のない冷凍庫の場合は、温度設定を最低温度に下げることで同じ効果が得られます。
• 冷凍庫の霜取り: 初期の冷凍ユニットでは、冷凍ユニットの周りに氷の結晶が蓄積していました。これは、冷凍庫のドアを開けたときにユニット内に湿気が入り、冷たい部分に結露して凍結したためです。この霜の蓄積により、効率を維持するためにユニットを定期的に解凍 (「霜取り」) する必要がありました。手動霜取り (サイクリックと呼ばれる) ユニットもまだ利用できます。解凍作業をなくす自動霜取りの進歩は 1950 年代に導入されましたが、エネルギー効率とコストのため、普遍的ではありません。これらのユニットでは、特定の回数ドアが開いたときにのみ冷凍室 (冷凍庫) を霜取りするカウンターが使用されていました。このユニットは、冷凍室の壁を短時間加熱して霜や霜の痕跡をすべて取り除く電気ヒーター ワイヤと組み合わせた小さなタイマーにすぎませんでした。また、初期のユニットでは、冷凍室が大型冷蔵庫内にあり、冷蔵庫のドアを開けてから、内部の小型冷凍室のドアを開けてアクセスしていました。完全に独立した冷凍室を備えたユニットは 1960 年代初頭に導入され、1960 年代半ばまでに業界標準となりました。

これらの古い冷凍室は冷蔵庫の主な冷却装置であり、食品を 1 週間保存するのに適した約 -6 °C (21 °F) の温度を維持するだけでした。

• バターヒーター: 1950年代初頭、発明家 Nave Alfred E. によってバターコンディショナーの特許が出願され、公開されました。この機能は、「洗浄のために冷蔵庫のキャビネットから素早く簡単に取り出せる、バターなどを保管するための新しく改良された食品保管容器を提供する」はずでした。^[36]この発明への関心が高かったため、英国、ニュージーランド、オーストラリアの企業がこの機能を冷蔵庫の大量生産に取り入れ始め、すぐに地元文化のシンボルとなりました。しかし、その後間もなく、企業によるとこれが新しい環境規制を満たす唯一の方法であり、冷蔵庫内に発熱装置を設置するのは非効率的であることが判明したため、生産が中止されました。

その後の進歩には、自動製氷ユニットや自己区画化冷凍ユニットなどが含まれます。

食品保存用の家庭用冷蔵庫と冷凍庫は、さまざまなサイズで作られています。最小のものは、ビール6缶を収納できると宣伝されている4リットル（0.14立方フィート）のペルチェ式冷蔵庫です。大型の家庭用冷蔵庫は、高さが人と同じくらいで、幅約1メートル（3.3フィート）、容量が600リットル（21立方フィート）あります。小規模世帯向けのモデルの中には、通常高さ約86センチメートル（34インチ）のキッチン作業台の下に収まるものもあります。冷蔵庫は冷凍庫と組み合わせることができ、冷蔵庫または冷凍庫を上、下、または横に積み重ねます。冷凍食品保存室のない冷蔵庫には、氷を作るためだけの小さなセクションがある場合があります。冷凍庫には、食品を保管するための引き出しが付いている場合もあれば、仕切りがない場合もあります（チェストフリーザー）。

冷蔵庫と冷凍庫は独立型の場合もあれば、キッチンのキャビネットに組み込まれている場合もあります。

一般的な冷蔵庫には、次の 3 つの異なるクラスがあります。

• コンプレッサー冷蔵庫は、最も一般的なタイプです。騒音は目立ちますが、最も効率的で、冷却効果は最大です。RVやキャンプ用のポータブル コンプレッサー冷蔵庫は高価ですが、効果的で信頼性があります。商業用および工業用の冷却ユニットは、顧客のニーズに合わせてさまざまなサイズ、形状、スタイルで作ることができます。商業用および工業用の冷蔵庫では、騒音公害を減らし、暑い天候での空調負荷を軽減するために、コンプレッサーがキャビネットから離れた場所に設置されている場合があります (スプリット システム エアコンと同様)。

• 吸収式冷蔵庫は、キャラバンやトレーラー、農場や田舎の小屋など電気のない住居で使用され、長い歴史があります。吸収式冷蔵庫は、ガス (天然ガスまたはプロパン) や灯油などの熱源で稼働します。キャンプや RV 用に作られたモデルには、12 ボルトのバッテリー電源で (非効率的ですが) 稼働するオプションが付いているものが多くあります。

• ペルチェ冷蔵庫は、通常は 12 ボルトの直流電力で動作しますが、主電源で動作するワイン クーラーもあります。ペルチェ冷蔵庫は安価ですが効率が悪く、冷却効果が増すにつれて次第に効率が悪くなります。この非効率性の多くは、ペルチェ セルの「高温」側と「低温」側の間の短い距離にわたる温度差に関係していると考えられます。ペルチェ冷蔵庫は、通常、この温度差を小さくするためにヒート シンクとファンを使用します。発生するノイズはファンからのみ発生します。ペルチェ セルに印加される電圧の極性を逆にすると、冷却効果ではなく加熱効果が生じます。

冷却には他の特殊な冷却機構が使用される場合もありますが、家庭用または業務用の冷蔵庫には適用されていません。

• 磁気冷蔵庫は磁気熱量効果を利用して動作する冷蔵庫です。冷却効果は金属合金を磁場内に置くことで引き起こされます。^[37]
• 音響冷蔵庫は、共鳴線形往復モーター/オルタネーターを使用して音を生成し、圧縮ヘリウムガスを使用して熱と冷気に変換する冷蔵庫です。熱は廃棄され、冷気が冷蔵庫に送られます。

エアコン（暖房および冷房）のない住宅では、冷蔵庫は他のどの家庭用機器よりも多くのエネルギーを消費します。^[38] 1990年代初頭、米国の大手メーカー間でエネルギー効率を促進するためのコンテストが開催されました。^[39]現在の米国モデルは、エネルギースター認定を受けており、1974年モデルの平均よりも50％少ないエネルギーを使用しています。^[40]米国製の最もエネルギー効率の高い機器は、1日あたり約0.5キロワット時（連続20ワットに相当）を消費します。^[41]しかし、通常の機器でもかなり効率的であり、一部の小型機器は1日あたり0.2 kWh未満（連続8ワットに相当）を使用します。特に大型の冷凍庫と製氷機を備えた大型機器は、1日あたり4 kW·h（連続170ワットに相当）も使用する場合があります。欧州連合は、エネルギースターの代わりに、文字ベースの強制的なエネルギー効率評価ラベルを使用しており、Aが最も効率的です。

米国の冷蔵庫については、エネルギー効率コンソーシアム（CEE）がエネルギースター認定冷蔵庫をさらに区別しています。ティア1冷蔵庫は、全米家電エネルギー節約法（NAECA）で定められた連邦最低基準よりも20％から24.9％効率が高いものです。ティア2は、25％から29.9％効率が高いものです。ティア3は最高の資格で、連邦基準よりも少なくとも30％効率が高い冷蔵庫です。^[42]エネルギースター認定冷蔵庫の約82％がティア1で、13％がティア2、わずか5％がティア3です。^[要出典]

一般的な家庭用冷蔵庫や冷凍庫で使用されている標準的なコンプレッサー式冷凍の他に、吸収冷凍や磁気冷凍などの技術があります。これらの設計は一般にコンプレッサー式冷凍よりもはるかに多くのエネルギーを使用しますが、静音動作やガスを使用できるなどの他の特性により、小さな筐体、移動環境、または冷凍の故障が許されない環境での使用に適しています。^{[引用が必要]}

1930 年代と 1940 年代に作られた冷蔵庫の多くは、その後に作られたほとんどの冷蔵庫よりもはるかに効率的でした。これは、自動霜取りなど、効率を低下させる機能が後から追加されたことが一因です。さらに、第二次世界大戦後、冷蔵庫のスタイルが効率よりも重要になりました。これは特に 1970 年代の米国で当てはまり、製氷機と水冷却装置を備えたサイドバイサイド モデル (米国外ではアメリカン 冷蔵庫 フリーザーとして知られています) が人気になりました。冷蔵庫のケース サイズと製造コストを削減するために、使用される断熱材の量も減らされることがよくありました。^{[引用が必要]}

冷蔵庫のエネルギー効率に関する基準が時とともに導入され、強化され、着実な改善が進められてきました。21世紀の冷蔵庫は、一般的に1930年代に比べて3倍のエネルギー効率を実現しています。^{[43] [44]}

古い冷蔵庫の効率は、定期的な霜取り（手動霜取りの場合）と清掃、劣化したドアシールの交換、サーモスタットの設定温度を実際に必要な温度より低く設定しない（冷蔵庫は通常 4 °C（39 °F）より低くする必要はありません）、必要に応じて断熱材の交換を行うことで改善できます。コンデンサーコイルを清掃して熱の流れを妨げるほこりを取り除き、コンデンサーの周囲に空気が流れるスペースを確保すると、効率が向上します。

霜取り不要の冷蔵庫と冷凍庫は、適切なコンパートメントを冷却するために電動ファンを使用します。^[45]これは「強制ファン」冷蔵庫とも呼ばれますが、手動霜取りユニットは、十分な冷却を実現するために、上部の暖かい空気ではなく、下部の冷たい空気に依存しています。空気は吸気ダクトから引き込まれ、冷却される蒸発器を通過し、その後、一連のダクトと通気口を介してキャビネット全体に循環します。蒸発器を通過する空気は暖かく湿っているため、蒸発器（特に冷凍庫の蒸発器）に霜が付き始めます。安価なモデルや古いモデルでは、霜取りサイクルは機械式タイマーによって制御されます。このタイマーは、6～12時間ごとに、コンプレッサーとファンを停止し、蒸発器の近くまたは周囲にある加熱要素に約15～30分間通電するように設定されています。これにより、霜や氷の蓄積が溶け、冷蔵庫が再び正常に動作できるようになります。霜取り不要のユニットは、エアコンのような蒸発器コイルを備えているため、霜に対する耐性が低いと考えられています。そのため、誤ってドア（特に冷凍庫）を開けたままにしておくと、霜取りシステムで霜がすべて除去されない可能性があり、その場合は冷凍庫（または冷蔵庫）を霜取りする必要があります。^[46]

霜取りシステムが時間指定の霜取り期間が終了する前に氷をすべて溶かした場合、小さな装置（霜取りリミッターと呼ばれる）がサーモスタットのように機能し、過度の温度変動を防ぐために加熱要素を遮断します。また、霜取りが早く終了した場合にシステムが再起動したときに熱風が吹き出すのを防ぎます。初期の霜取り不要モデルの中には、霜取りリミッターが霜取りタイマーに信号を送り、時間指定の霜取りサイクルが終了する前に加熱要素を遮断するとすぐにコンプレッサーとファンを起動するものもあります。霜取りサイクルが完了すると、コンプレッサーとファンは再びオンになります。^[46]

霜取り不要の冷蔵庫は、冷凍室からの空気の流れの代わりに冷蔵室の冷却プレートを使用した初期の霜取り不要の冷蔵庫/冷凍庫も含め、一般的には霜取り中に冷蔵庫のファンを停止しません。これにより、消費者は食品をメインの冷蔵室にカバーなしで放置でき、野菜の水分を保つのにも役立ちます。この方法は、冷蔵庫が凍結点より高く、凍結点よりも暖かい空気を蒸発器または冷却プレートに通して霜取りサイクルを促進できるため、エネルギー消費の削減にも役立ちます。^{[引用が必要]}

デジタルインバータコンプレッサーの登場により、エネルギー消費量は単速誘導モーターコンプレッサーよりもさらに削減され、温室効果ガスの排出量も大幅に削減されました。^[47]

冷蔵庫のエネルギー消費量は、行われている冷却の種類によっても異なります。たとえば、インバータ冷蔵庫は、一般的な非インバータ冷蔵庫よりも比較的少ないエネルギーを消費します。インバータ冷蔵庫では、コンプレッサーは必要に応じて条件付きで使用されます。たとえば、インバータ冷蔵庫は、夏よりも冬の方がエネルギー消費量が少なくなる可能性があります。これは、コンプレッサーが夏よりも短時間しか動作しないためです。

さらに、インバーターコンプレッサー冷蔵庫の最新モデルは、さまざまな外部および内部条件を考慮してコンプレッサー速度を調整し、冷却とエネルギー消費を最適化します。それらのほとんどは、外部温度、冷蔵庫のドアを開けたり新しい食品を入れたりすることによる内部温度、湿度、使用パターンの変化を検出するのに役立つ少なくとも4つのセンサーを使用しています。センサー入力に応じて、コンプレッサーは速度を調整します。たとえば、ドアが開いたり新しい食品を入れたりすると、センサーはキャビン内の温度上昇を検出し、所定の温度に達するまでコンプレッサーに速度を上げるように信号を送ります。その後、コンプレッサーは内部温度を維持するために最低速度で動作します。コンプレッサーは通常、1200〜4500 rpmで動作します。インバーターコンプレッサーは冷却を最適化するだけでなく、耐久性とエネルギー効率の点でも優れています。^[48] デバイスは、電源がオンになると最大のエネルギーを消費し、最大の摩耗が発生します。インバーターコンプレッサーは自動的に電源をオフにすることはなく、代わりにさまざまな速度で動作するため、摩耗とエネルギー使用量を最小限に抑えます。 LG は、 コンプレッサーの摩擦点を減らし、リニア インバータ コンプレッサーを導入することで、私たちが知っているインバータ コンプレッサーの改良に大きな役割を果たしました。従来、家庭用冷蔵庫はすべて、ピストンに接続された往復駆動装置を使用しています。しかし、リニア インバータ コンプレッサーでは、永久磁石であるピストンが 2 つの電磁石の間に吊り下げられています。AC が電磁石の磁極を変え、その結果、冷媒を圧縮する押し引きが発生します。LG は、これにより従来のコンプレッサーと比較してエネルギー消費が 32%、騒音が 25% 削減されると主張しています。

冷蔵庫の物理的設計もエネルギー効率に大きく影響します。最も効率的なのはチェスト型冷凍庫で、上部が開く設計によりドアを開けたときの対流が最小限に抑えられ、冷凍庫に入る暖かく湿った空気の量が減少します。一方、ドア内の製氷機は熱漏れが多くなり、エネルギー消費の増加につながります。^[49]

冷蔵庫が世界的に徐々に普及し始めたことは、食品の保存と家庭の利便性における変革の時代を象徴しています。20 世紀に冷蔵庫が導入されて以来、冷蔵庫は贅沢品から日常品へと変化し、食品の保存方法に対する認識も変化しました。冷蔵庫は、世界中のさまざまな文化的および社会経済的背景を持つ人々に食品の安全性を提供することで、多くの人々の日常生活のさまざまな側面に大きな影響を与えてきました。

冷蔵庫が世界中で普及したことで、社会が食糧供給を扱う方法も変化しました。さまざまな社会で冷蔵庫が導入されたことで、貨幣化と工業化された大量食品生産システムが生まれ、一般的に食品廃棄物、動物の排泄物、危険な化学廃棄物の増加がさまざまな生態系にまで及んでいます。さらに、冷蔵庫は世界中の多くの人々にとって食品へのアクセスを容易にし、商業化によって栄養価の低い食品に傾く選択肢が増えました。^[50]

消費者向け冷蔵庫の大量生産と販売が経済的に実行可能になった後、世界中で冷蔵庫の普及が大きく進みました。米国では、推定99.5％の世帯が冷蔵庫を所有しています。^[51]冷蔵庫の所有は西側先進国では一般的ですが、東側諸国や発展途上国では、人気の高まりにもかかわらず、比較的低いままです。東ヨーロッパと中東では、人口の80％しか冷蔵庫を所有していません。これに加えて、中国では人口の65％が冷蔵庫を所有していると言われています。消費者向け冷蔵庫の分布も偏っており、都市部では農村部と比較して冷蔵庫の所有率が高くなっています。^[52]

氷貿易は、19世紀から20世紀にかけて、冷蔵や消費の目的で天然氷や人工氷を採取、輸送、販売する産業でした。貿易に使用された氷の大部分は北米で採取され、ノルウェーを拠点とする小規模な事業体を通じて世界中に輸送されていました。^[53] 1920年代頃に、より手頃な価格の大規模および家庭用の冷蔵設備が導入されたことで、大規模な氷の採取と輸送の必要性はなくなり、その後氷貿易は減速して小規模な地域サービスに縮小するか、完全に消滅しました。^[54]

冷蔵庫のおかげで、家庭では以前よりも長く食品を新鮮に保つことができるようになった。最も顕著な改善は、肉やその他の非常に腐りやすい食品で、以前は長期保存や輸送のために保存または加工する必要があった。^[55]食品のサプライチェーンのこの変化により、冷蔵が使用されていた地域では食品の品質が著しく向上した。さらに、冷蔵の出現によって食品の鮮度と保存期間が長くなったことに加え、世界的な通信手段の発達により、世界のさまざまな地域の食品を通じた文化交流が増加した。また、食品の品質が向上したことが、1900年代初頭に米国民の身長が増加した原因であると主張する人もいる。^[55]

冷蔵技術は、一部の地域では食品の品質低下にも寄与しています。食品分野におけるグローバル化現象を部分的に可能にすることで、冷蔵技術は超加工食品やインスタント食品の製造と輸送を安価にし、特に低所得地域での普及につながっています。高品質の食品へのアクセスが制限されるこれらの地域は、食品砂漠と呼ばれています。

冷凍庫があれば、食べ物をまとめて買ってゆっくり食べることができるし、まとめ買いでお金も節約できる。20世紀の人気商品だったアイスクリームは、以前は製造地まで出向いてその場で食べるしか入手できなかった。今では一般的な食品だ。オンデマンドの氷は冷たい飲み物の楽しみを増やすだけでなく、救急処置や、ピクニックや緊急時に備えて冷凍保存できる保冷剤にも役立つ。

冷蔵庫の容量は、リットルまたは立方フィートで測定されます。通常、冷蔵庫と冷凍庫を組み合わせた場合の容量は、冷凍庫に割り当てられた容量の 1/3 から 1/4 に分割されますが、これらの値は非常に変動します。

冷蔵室と冷凍室の温度設定は、メーカーによって任意の数字（たとえば、1から9、最も暖かいから最も冷たい）が付けられることが多いですが、一般的に冷蔵室の場合は3〜5°C（37〜41°F）^[3]、冷凍室の場合は-18°C（0°F）が理想的です。冷蔵庫の中には、正常に動作するために特定の外部温度パラメータ内に保つ必要があるものもあります。これは、ガレージなどの未完成のエリアにユニットを設置する場合に問題になることがあります。

一部の冷蔵庫は現在、さまざまな種類の食品を保管するために 4 つのゾーンに分かれています。

• −18 °C (0 °F) (冷凍庫)
• 0 °C (32 °F) (肉ゾーン)
• 5 °C (41 °F) (冷却ゾーン)
• 10 °C (50 °F) (クリスパー)

欧州の冷凍庫、および冷凍室を備えた冷蔵庫には、冷凍庫を評価するための4つ星評価システムがあります。^[56]

3 つ星と 4 つ星の評価はどちらも同じ保存時間と最低温度 -18 °C (0 °F) を指定していますが、4 つ星の冷凍庫のみが生鮮食品の冷凍を目的としており、これを容易にするために「急速冷凍」機能 (コンプレッサーを継続的に稼働させ、最低 -26 °C (-15 °F) まで下げる) を備えている場合があります。3 つ (またはそれ以下) の星は、冷凍食品の保存にのみ適した冷凍食品コンパートメントに使用されます。このようなコンパートメントに生鮮食品を入れると、許容できない温度上昇が発生する可能性があります。この分類の違いは、4 つ星のロゴのデザインに示されています。「標準」の 3 つの星は、3 つ星の冷凍庫と同じ通常の動作を示す「正」の色を使用してボックス内に表示され、追加の生鮮食品/急速冷凍機能を示す 4 番目の星は、「負」の色または他の明確な形式でボックスの前に付けられます。^{[引用が必要]}

ほとんどのヨーロッパの冷蔵庫には、湿気のある冷蔵セクション（不定期に（自動）霜取りが必要）と（霜がつかないことはめったにない）冷凍セクションが含まれています。

（最も暖かいものから最も冷たいものまで）

冷蔵庫

2～3 °C (35～38 °F)、冷蔵庫の最高温度である5 °C (41 °F) 以下

冷凍庫、リーチイン

−23 ～ −15 °C (−10 ～ +5 °F)

冷凍庫、ウォークイン

−23 ～ −18 °C (−10 ～ 0 °F)

冷凍庫、アイスクリーム

−29 ～ −23 °C (−20 ～ −10 °F)

• クライオクーラー: -153°C (-243.4°F) 以下
• 希釈冷凍機: -273.148°C (-459.6664°F) まで

ますます重要な環境問題となっているのが、古い冷蔵庫の廃棄です。当初は、冷媒のフロンがオゾン層を破壊することが理由でしたが、古い世代の冷蔵庫が摩耗するにつれて、CFC含有断熱材の破壊も懸念されます。現代の冷蔵庫は通常、HFC-134a（1,1,1,2-テトラフルオロエタン）と呼ばれる冷媒を使用しており、これはフロンとは異なり、オゾン層を破壊しません。R-134aはヨーロッパでは非常に珍しくなり、代わりに新しい冷媒が使用されています。現在使用されている主な冷媒はR-600a（イソブタンとしても知られています）であり、これは放出されても大気への影響が小さくなります。冷媒からイソブタンが漏れて火花が発生すると冷蔵庫が爆発したという報告があります。冷蔵庫内に冷媒が漏れた場合、ドアが開けられていないとき（夜間など）に冷蔵庫内の空気中の冷媒濃度が高まり、爆発性混合物が形成される可能性があります。この混合物は、サーモスタットの火花やドアを開けたときに点灯したライトによって引火し、爆発によって重大な物的損害や負傷、さらには死亡に至るケースが記録されています。^[62]

廃棄された冷蔵庫の処分は規制されており、安全上の理由からドアを取り外すことが義務付けられていることが多い。廃棄された冷蔵庫、特にラッチドアの古いモデルで遊んでいる間に子供が窒息死したことがある。1950年代以降、多くの場所で規制により、内側から押しても開けられない冷蔵庫のドアの使用が禁止されている。 ^[63]現代のユニットでは、ドアを密閉したまま内側から押して開けることができる磁気ドアガスケットが使用されている。^{[64]このガスケットは、}ベルギッシュ・グラートバッハ/ドイツのマックス・バーマン（1903–1984）によって発明、開発、製造された。^{[65] [66]}

ライフサイクル全体のコストに関しては、多くの政府が古い冷蔵庫のリサイクルを奨励するインセンティブを提供している。オーストラリアで開始されたフェニックス冷蔵庫プログラムがその1つである。この政府のインセンティブは、古い冷蔵庫を回収し、所有者に冷蔵庫を「寄付」する見返りとして報酬を支払うというものだった。その後、冷蔵庫はドアシールを新しくし、徹底的に掃除し、多くの古い冷蔵庫の背面に縛り付けられているカバーなどの部品を取り外して改修された。その結果、10%以上効率が向上した冷蔵庫が低所得世帯に提供された。^[要出典]米国には、古くて効率の悪い冷蔵庫やその他の白物家電を回収して交換するプログラムもある。^[67]これらのプログラムは、古くて効率の悪い、または故障した大型家電を、より新しくエネルギー効率の良い家電に交換することで、低所得世帯に課せられるコストを削減し、古い家電製品による汚染を減らすことを目指している。

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  1905年のマクレーの家庭用電気冷蔵庫の広告。1887年に設立されたこの会社は今も営業している。
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  アーネスト・ヘミングウェイ・ハウスにある 1930 年代のゼネラル・エレクトリック社製「グローブトップ」冷蔵庫
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  ゼネラル・エレクトリックの「モニタートップ」冷蔵庫、現在も使用中、2007 年 6 月
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  フリジデール インペリアル「フロスト プルーフ」モデル FPI-16BC-63、1963年にゼネラル モーターズカナダ社が製造した、つや消しクロム ドア仕上げのトップ 冷蔵庫/ボトム フリーザー
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  製氷機付きサイドバイサイド冷凍冷蔵庫（2011年）

• リース、ジョナサン。『冷凍国家：アメリカにおける氷、電化製品、企業の歴史』（ジョンズ・ホプキンス大学出版、2013年）256ページ
• 海外における冷蔵庫と食品保存。米国国務省統計局。1890 年。

• 米国特許 1,126,605冷凍装置
• 米国特許 1,222,170冷凍装置
• 冷蔵庫と冷凍庫の歴史 2020年5月31日アーカイブWayback Machine
• 冷蔵庫、カナダ科学技術博物館
• 「歩く冷蔵庫、呼ぶとやって来る」Engadget 2017年9月。 2022年3月8日閲覧。