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冷蔵庫は、一般的に冷蔵庫と略され、断熱されたコンパートメントと、内部から外部環境に熱を移動させて内部を室温より低い温度に冷却するヒートポンプ（機械式、電子式、または化学式）で構成される業務用および家庭用電化製品です。 [ 1 ]冷蔵は世界中で不可欠な食品保存技術です。 [ 2 ]低温は細菌の増殖率を低下させるため、冷蔵庫は腐敗の速度を低下させます。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、冷蔵庫または冷蔵庫の一部で、内容物の温度を水の凝固点より低く維持する特殊な冷蔵庫です。 [ 4 ]冷蔵庫は、ほぼ 1 世紀半にわたって一般的な家庭用電化製品であった氷箱に取って代わりました。米国食品医薬品局は、冷蔵庫は4 ℃（40 °F）以下に、冷凍庫は-18 ℃（0 °F）に設定することを推奨しています。[ 5 ]
食品を冷やす最初のシステムは氷を使ったものでした。[ 6 ]人工的な冷蔵は1750年代半ばに始まり、1800年代初頭に発展しました。[ 7 ] 1834年には、エアコンと同じ技術を使用した最初の実用的な蒸気圧縮式冷凍システムが作られました。[ 8 ]最初の商業用製氷機は1854年に発明されました。 [ 9 ] 1913年には家庭用冷蔵庫が発明されました。[ 10 ] 1923年には、 Frigidaireが最初の一体型ユニットを発表しました。 1920年代のフロンガスの導入により、1930年代には冷蔵庫市場が拡大しました。1940年には、独立したコンパートメント（氷を作るためだけに必要以上に大きい）を備えた家庭用冷凍庫が導入されました。以前は贅沢品だった冷凍食品は、ごく一般的なものになりました。
冷凍庫は、家庭だけでなく産業や商業分野でも使用されています。業務用冷蔵庫と冷凍庫は、家庭用モデルが普及する約40年前から使用されていました。冷凍庫と冷蔵庫が一体化したタイプは、1940年代から基本的なスタイルでしたが、現代のサイドバイサイド型冷蔵庫が登場してその流れは変わりました。家庭用冷蔵庫、冷凍冷蔵庫、冷凍庫のほとんどは、蒸気圧縮サイクルを採用しています。最新の冷蔵庫には、自動霜取り機能、冷水供給機能、ドアのディスペンサーから氷を供給できる機能などが搭載されているものもあります。
家庭用冷蔵庫や冷凍庫は、食品保存用にさまざまなサイズで製造されています。最も小さいものの中には、飲料を冷やすために設計されたペルチェ式冷蔵庫があります。大型の家庭用冷蔵庫は、人の背丈ほどの高さがあり、幅は約1 メートル (3フィート 3インチ) 、容量は0.6立方メートル(21立方フィート)です。冷蔵庫や冷凍庫は、独立型またはキッチンに組み込まれたものがあります。冷蔵庫のおかげで、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。冷凍庫のおかげで、人々は腐りやすい食品を大量に購入してゆっくりと食べることができ、大量購入も可能になりました。
古代起源
古代イラン人は、蒸発冷却と放射冷却の原理を利用した冷却装置の一種であるヤフチャールを最初に発明した民族の一つでした。これらの複合施設は、地下貯蔵スペース、厚い断熱材で覆われた大きな地上ドーム構造物を使用し、バドギール（風の集散器）と一連のカナート（水道橋）を備えていました。[ 11 ]
電気以前の冷凍技術
現代では、現代の電気冷蔵庫が発明される以前は、氷室や氷箱が年間を通してほとんどの期間、食品を冷たく保存するために使われていました。淡水湖の近くに設置したり、冬の間に雪や氷で満たしたりして、かつては非常に一般的でした。今日でも、食品を冷やすために自然の手段が使われています。山腹では、雪解け水が飲み物を冷やすのに便利な方法であり、冬の間は牛乳を屋外に置いておくだけで、はるかに長く新鮮さを保つことができます。「冷蔵庫」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教授ウィリアム・カレンが小型冷凍機を設計したことから始まった。カレンはポンプを使ってジエチルエーテルの容器の上に部分的な真空を作り出し、ジエチルエーテルが沸騰して周囲の空気から熱を吸収した。 [ 13 ]この実験では少量の氷も生成されたが、当時は実用的な用途はなかった。
1805年、アメリカの発明家オリバー・エバンスは、真空下でエーテルを用いて氷を製造するための密閉型蒸気圧縮冷凍サイクルについて記述した。1820年、イギリスの科学者マイケル・ファラデーは、高圧と低温を用いてアンモニアなどのガスを液化し、1834年には、イギリス在住のアメリカ人ジェイコブ・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。これは連続運転が可能な密閉型サイクル装置であった。[ 14 ] 1842年には、アメリカの医師ジョン・ゴリー[ 15 ]が同様の試みを行い、実用的な試作品を製作したが、商業的には失敗に終わった。アメリカのエンジニア、アレクサンダー・トゥイニングは、1850年にエーテルを用いた蒸気圧縮システムでイギリスの特許を取得した。
実用的な蒸気圧縮式冷凍システムを最初に開発したのは、スコットランド人のジェームズ・ハリソンでした。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した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建造し、1854年には最初の商業用製氷機を完成させました。ハリソンはまた、商業用蒸気圧縮式冷凍システムをビール醸造所や食肉加工工場にも導入し、1861年までに彼のシステムが12台稼働していました。
最初のガス吸収式冷凍システム（圧縮機を使わず、熱源で駆動する）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年に特許が取得された。このシステムは、水に溶解した気体アンモニア（「アンモニア水」）を使用していた。
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年にガスの液化方法の改良法を特許取得し、最初の信頼性が高く効率的な圧縮アンモニア冷凍機を開発した。[ 16 ]彼の新しいプロセスにより、アンモニア（NH3 ）、二酸化硫黄（SO2 ）、塩化メチル（CH3Cl ）などのガスを冷媒として使用することが可能になり、安全性の懸念にもかかわらず、1920年代後半まで広くその目的で使用された。[ 17 ] 1895年には冷凍サイクルを発見した。
1894年、ハンガリーの発明家で実業家のイシュトヴァーン・レックは、電気コンプレッサーで駆動する大型工業用アンモニア冷蔵庫の製造を開始した（エスリンゲン機械工場と共同で）。その電気コンプレッサーはガンツ工場で製造された。1896年のミレニアム博覧会で、レックとエスリンゲン機械工場は6トン容量の人工氷製造プラントを展示した。1906年、ハンガリー初の大型冷蔵倉庫（容量3,000トン、ヨーロッパ最大）がブダペストのトート・カールマン通りに開設され、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、ハンガリーにおける大規模な工業用冷蔵庫の生産はレックとガンツ工場の手に委ねられていた。[ 18 ]
業務用冷蔵庫や冷凍庫は、さまざまな名称で呼ばれていますが、家庭用モデルが普及する約40年前から使用されていました。これらはアンモニア（R-717）や二酸化硫黄（R-764）などのガスシステムを使用しており、ガスが漏れることがあったため、家庭での使用には適していませんでした。実用的な家庭用冷蔵庫は1915年に登場し、1930年代には価格が下がり、フロン12 （R-12）などの無毒で不燃性の合成冷媒が導入されたことで、米国で広く普及しました。しかし、R-12はオゾン層に有害であることが判明し、1994年に各国政府は新しい冷蔵庫やエアコン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年以降広く使用されていますが、多くの古いシステムでは依然としてR-12が使用されています。
常時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。内容物を確認できるようにガラス製のドアは、エネルギー消費量が 1.3 倍になるオープンタイプの陳列ケースに比べて効率を大幅に向上させます。[ 19 ]
1913年、インディアナ州フォートウェインのフレッド・W・ウルフが家庭用電気冷蔵庫を初めて発明し製造した。そのモデルは氷箱の上に設置されたユニットで構成されていた。[ 20 ] [ 21 ]その後数年間で数百台が製造された彼の最初の装置はDOMELREと呼ばれた。[ 22 ] [ 23 ] 1914年、ミシガン州デトロイトのエンジニア、ナサニエル・B・ウェールズが実用的な電気冷凍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。キャビネットの下部にコンプレッサーを備えた一体型冷蔵庫は、 1916年にアルフレッド・メロウズによって発明された。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・デュラントに買収され、デュラントは冷蔵庫を大量生産するためにフリッジデール社を設立した。1918年、ケルビネーター社は、自動制御機能を備えた最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・ムンタースによって発明されました。当時、彼らはまだストックホルムの王立工科大学の学生でした。吸収式冷蔵庫は世界的な成功を収め、エレクトロラックス社によって商品化されました。その他の先駆者には、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、製造した最初の人物です。
これらの家庭用ユニットは通常、地下室または隣接する部屋にモーターとコンプレッサーなどの機械部品を設置する必要があり、冷蔵室は台所に設置されていました。1922 年モデルは、木製の冷蔵室、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、価格は 714 ドルでした。(1922 年型フォード モデル Tの価格は約 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 年にフリッジデールは最初の一体型ユニットを発表しました。ほぼ同時期に、磁器で覆われた金属製のキャビネットが登場し始めました。製氷皿は 1920 年代にますます普及しました。この頃までは、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、一般にそう呼ばれていました。 [ 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設置され、装飾リングで囲まれていました。100万台以上が生産されました。これらの冷蔵庫の冷却媒体としては、目に腐食性があり、視力喪失、痛みを伴う皮膚の火傷や病変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ギ酸メチルのいずれかが使用されていました。[ 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よりも安全で毒性の低い代替品が提供されました。1940年代には冷凍庫が独立して普及し、当時人気だった冷凍庫は「ディープフリーズ」と呼ばれていました。これらの機器、または家電製品は、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ありませんでした。[ 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革新が見られました。1970年代と1980年代には、環境問題により非常に効果的な（フロン）冷媒が禁止されたにもかかわらず、より効率的な冷蔵庫が開発されました。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りました。 1920年代後半から、ポスタム社（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生鮮野菜の冷凍方法の権利を買収することで、冷凍による生鮮野菜の加工に成功した。
1950年代初頭、冷蔵庫の大部分は白だったが、1950年代半ばから現在にかけて、メーカーやデザイナーは色を取り入れるようになった。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つや消しクロムメッキが施されていた。1960年代後半から1970年代前半にかけては、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だった。1980年代には黒が流行した。1990年代後半にはステンレススチールが流行した。1961年以来、カラーマーケティンググループは家電製品やその他の消費財の色をコーディネートしようと試みてきた。
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、冷凍庫専用のユニットの中には-34 °C (-29 °F)以下まで下げられるものもあります。冷蔵庫冷凍庫は、同じ冷却ループが両方のコンパートメントに供給されているため、一般的に-23 °C (-9 °F)より低い温度にはなりません。冷凍室の温度を過度に下げると、冷蔵庫室の温度を氷点以上に維持することが難しくなります。家庭用冷凍庫は、冷蔵庫内の独立したコンパートメントとして組み込むことも、独立した機器として使うこともできます。家庭用冷凍庫は、冷蔵庫に似た縦型冷凍庫と、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た、高さよりも幅が広く上部に蓋またはドアが付いたチェスト型冷凍庫があります。[ 29 ]多くの最新の縦型冷凍庫には、ドアに製氷機が内蔵されています。一部の高級モデルには、サーモスタットディスプレイとコントロールが搭載されています。
家庭用冷凍庫は、製氷のためだけに必要以上に大きな独立した区画として、あるいは独立したユニットとして、1940年にアメリカで導入された。それまで贅沢品だった冷凍食品は、ごく一般的なものとなった。
1955年には、クラレンス・バードアイの製法で既に冷凍された食品を購入するのではなく、新鮮な食品を自分で冷凍できるほど低温の家庭用冷凍庫が発売された。[ 30 ] [ 31 ]
ウォークイン冷凍庫というものもある。その名の通り、冷凍庫の中に入って中を見ることができる。
家庭用冷蔵庫、冷凍冷蔵庫、冷凍庫のほとんどで蒸気圧縮サイクルが使用されています。このサイクルでは、R134aなどの循環冷媒が、冷蔵庫内部の温度と同等かそれよりわずかに低い低圧蒸気として圧縮機に入ります。蒸気は圧縮され、高圧の過熱蒸気として圧縮機から排出されます。過熱蒸気は、コンデンサーを構成するコイルまたはチューブ内を圧力をかけて移動します。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。コンデンサーは蒸気を冷却し、液化させます。冷媒がコンデンサーから出る時点ではまだ圧力がかかっていますが、室温よりわずかに高い温度になっています。この液状冷媒は、膨張弁（基本的にチューブ内のピンホールサイズの絞り）としても知られる計量装置または絞り装置を通って、はるかに低い圧力の領域に押し出されます。圧力の急激な低下により、液体の一部（通常は約半分）が爆発的に瞬間蒸発します。この瞬間蒸発で吸収される潜熱は、主に隣接するまだ液体の冷媒から引き出され、これは自己冷却と呼ばれる現象です。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流れ続けます。ファンがコンパートメント内の空気（「ボックスエア」）をこれらのコイルまたはチューブに吹き付け、冷媒は完全に気化し、ボックスエア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、ボックスエアを冷たく保ちます。冷蔵庫または冷凍庫内の冷たい空気は、蒸発器内の冷媒よりもまだ温度が高いことに注意してください。冷媒は完全に気化し、わずかに加熱された状態で蒸発器を出て、コンプレッサーの入口に戻り、サイクルを続けます。
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」）内に一体化されているため、漏れや汚染の可能性が大幅に低減され、非常に信頼性が高い。これに対し、自動車のエアコンなどに使われているような、外部接続式の冷凍コンプレッサーは、シャフトシールから必然的に作動油や潤滑油が漏れる。そのため、定期的な補充が必要となり、補充を怠るとコンプレッサーの故障につながる可能性がある。
2つのコンパートメントを備えた冷蔵庫は、冷蔵室または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、コンプレッサーと凝縮器コイルはキャビネットの上部に設置され、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、湿度の高い冷蔵室の空気が乾燥した冷凍室の空気と混ざります。[ 32 ]
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。これらのモデルは、冷凍室と冷蔵室が独立して動作し、場合によっては1つのキャビネット内に設置されています。それぞれに独立したコンプレッサー、凝縮器コイル、蒸発器コイル、断熱材、サーモスタット、ドアが備わっています。
2つの設計の中間的な方式として、各区画に独立したファンを使用するデュアルファン方式があります。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エアフローが可能になります。
吸収式冷蔵庫は、液化石油ガスの燃焼、太陽熱エネルギー、電気ヒーターなどの熱源を利用する点で、圧縮式冷蔵庫とは異なります。これらの熱源は、一般的な冷蔵庫の圧縮モーターよりもはるかに静かです。ファンやポンプが唯一の可動部品となる場合もあり、対流に頼ることは実用的ではない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挙げられる。これらの大型システムは、建物内を循環する塩水溶液を冷却するために使用される。
ペルチェ効果は電気を使って熱を直接送り出す仕組みで、この方式を採用した冷蔵庫はキャンプなどで、騒音が許容されない状況で使用されることがある。空気循環用のファンを取り付けなければ完全に無音で動作するが、他の方式に比べてエネルギー効率は劣る。
生物学的サンプルの保存に使用される「超低温」または「極低温（ULT）」冷凍庫（通常は-80℃または-86 ℃ [-112°Fまたは-123 °F] ）も、一般的に2段階の冷却方式を採用していますが、カスケード方式です。低温段階ではメタンまたは類似のガスを冷媒として使用し、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℃に保たれます。
さらに低温が必要な場合は、通常、研究室では液体窒素（-196 ℃ [-320.8 °F]）を購入し、デュワー瓶に入れて試料を浸漬します。極低温冷凍庫は-150 ℃（-238 °F）までの温度を実現でき、液体窒素のバックアップ機能を備えている場合もあります。
現在量産されていない蒸気圧縮サイクルの代替案としては、以下のようなものがある。
手動霜取りモデルや安価なユニットを除き、ほとんどの冷蔵庫冷凍庫は、2 つのサーモスタットを使用しているように見えます。冷蔵庫コンパートメントのみが適切に温度制御されています。冷蔵庫の温度が高くなりすぎると、サーモスタットが冷却プロセスを開始し、ファンが冷凍庫内の空気を循環させます。この間、冷蔵庫も冷たくなります。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のみを制御します。[ 34 ]冷蔵庫の温度を変更すると、意図せず冷凍庫の温度が反対方向に変化します。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ように調整することもできます。
これは、冷蔵庫の温度が高くなりすぎる可能性があることを意味します。ただし、冷蔵室に送られる空気は必要最低限のものだけなので、ドアが開けられない限り、冷凍室は通常すぐに設定温度に戻ります。冷蔵室または冷凍室のドアが開くと、一部の機種ではファンがすぐに停止し、冷凍室の蒸発器コイルに霜が過剰に付着するのを防ぎます。これは、このコイルが2つの領域を冷却しているためです。冷凍室が設定温度に達すると、冷蔵室の温度に関係なく、ユニットは停止します。最新のコンピューター制御冷蔵庫はダンパーシステムを使用しません。コンピューターが両方のコンパートメントのファン速度を制御しますが、冷凍室から空気が吹き出されます。
最新の冷蔵庫には以下のような機能が含まれている場合があります。
これらの古い冷凍室は冷蔵庫の主要な冷却部分であり、約-6 ℃（21 °F）の温度しか維持できなかったが、これは食品を1週間保存するのに適した温度だった。
その後の進歩としては、自動製氷装置や自己区画式冷凍装置などが挙げられます。
家庭用冷蔵庫や冷凍庫は、食品保存用にさまざまなサイズで製造されています。最小のものは、ビール缶6本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、人の背丈ほどもあり、幅は約1メートル（3.3フィート）、容量は600リットル（21立方フィート）です。小規模世帯向けのモデルの中には、キッチンの作業台の下に収まるものもあり、通常は高さ約86センチメートル（34インチ）です。冷蔵庫と冷凍庫は一体型で、上下に積み重ねたり、横に並べたりすることができます。冷凍食品保存室のない冷蔵庫には、製氷専用の小さな区画がある場合があります。冷凍庫には、食品を収納するための引き出しが付いているものもあれば、仕切りがないものもあります（チェスト型冷凍庫）。
冷蔵庫や冷凍庫は、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る。
冷蔵庫には大きく分けて3つの種類があります。
冷却には他の特殊な冷却機構も使用されることがあるが、家庭用または業務用冷蔵庫には適用されていない。
エアコン（暖房および/または冷房）のない家では、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。[ 37 ] 1990 年代初頭、エネルギー効率を促進するために米国の主要メーカー間で競争が行われました。[ 38 ]現在、エネルギー スター認定を受けている米国のモデルは、1974 年の平均モデルよりも 50% 少ないエネルギーを消費します。[ 39 ]米国で製造された最もエネルギー効率の高いユニットは、1 日あたり約 0.5 キロワット時 ( 連続 20 W に相当) を消費します。[ 40 ] しかし、通常のユニットでも十分に効率的です。小型のユニットの中には、1 日あたり0.2 kWh (連続 8 W に相当) 未満のものもあります。大型のユニット、特に大型の冷凍庫と製氷機を備えたものは、 1 日あたり 最大 4 kW·h (連続 170 W に相当) を消費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、A が最も効率的な文字ベースの義務的なエネルギー効率評価ラベルを使用しています。
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細分化しています。ティア1の冷蔵庫は、国家家電エネルギー保全法（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は最高位の認定で、連邦基準よりも少なくとも30%効率が高い冷蔵庫が対象です。[ 41 ]エネルギースター認定冷蔵庫の約82%がティア1、13%がティア2、わずか5%がティア3に該当します。
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圧縮式冷凍方式の他に、吸収式冷凍や磁気冷凍といった技術も存在する。これらの方式は一般的に圧縮式冷凍よりも多くのエネルギーを消費するが、静音性やガスを使用できるといった利点から、小型の筐体、移動環境、あるいは冷凍機能の故障が許されない環境での使用に適している。
1930年代から1940年代にかけて製造された冷蔵庫の多くは、それ以降に製造されたものよりもはるかに効率的でした。これは、自動霜取り機能など、後から追加された機能が効率を低下させたことが一因です。さらに、第二次世界大戦後、冷蔵庫のデザインは効率よりも重要視されるようになりました。これは特に1970年代の米国で顕著で、製氷機や冷却装置を備えたサイドバイサイド型（米国以外ではアメリカン・フリッジ・フリーザーと呼ばれる）が人気を博しました。また、冷蔵庫の筐体サイズと製造コストを削減するために、断熱材の使用量も減らされることがよくありました。
時間の経過とともに冷蔵庫のエネルギー効率の基準が導入され、厳格化され、着実に改善が進んでいます。21世紀の冷蔵庫は、一般的に1930年代の冷蔵庫よりも3倍エネルギー効率が高くなっています。[ 42 ] [ 43 ]
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、サーモスタットを必要以上に低く設定しないこと（冷蔵庫は通常4 ℃（39 °F）より低くする必要はありません）、および必要に応じて断熱材の交換によって改善できます。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の流れのためのスペースを確保することも効率向上につながります。
霜取り不要の冷蔵庫や冷凍庫は、電気ファンを使って適切なコンパートメントを冷却します。[ 44 ]これは「ファン強制式」冷蔵庫と呼ばれることもありますが、手動霜取り式の冷蔵庫は、上部の暖かい空気ではなく、下部の冷たい空気を利用して十分な冷却を実現します。空気は吸気ダクトから吸い込まれ、蒸発器を通過して冷却され、その後、一連のダクトと通気口を通して庫内全体に循環されます。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）に霜がつき始めます。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で制御されます。このタイマーは、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ヒーターを約15～30分間、6～12時間ごとに作動させ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、冷蔵庫は再び正常に動作するようになります。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使用しているため、霜に対する耐性が低いと考えられています。そのため、ドアが誤って開いたままになっている場合（特に冷凍庫）、霜取りシステムではすべての霜を取り除けない可能性があり、その場合は冷凍庫（または冷蔵庫）の霜取りが必要になります。[ 45 ]
霜取りシステムが設定された霜取り期間が終了する前にすべての氷を溶かしてしまうと、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ヒーターをオフにします。また、霜取りが早く終了した場合にシステムが再び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設定された霜取りサイクルが終了する前にヒーターをオフにするとすぐに、コンプレッサーとファンを起動するように霜取りタイマーに信号を送るものもありました。霜取りサイクルが完了すると、コンプレッサーとファンが再び作動します。[ 45 ]
霜取り不要の冷蔵庫（冷凍室からの空気の流れではなく、冷蔵室に冷却プレートを使用する初期の霜取り不要冷蔵庫／冷凍庫を含む）は、一般的に霜取り中も冷蔵庫のファンを停止しません。これにより、消費者は食品を冷蔵室に蓋をせずに置いておくことができ、野菜の乾燥を防ぐ効果もあります。また、冷蔵庫内の温度が氷点以上であるため、氷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することができ、エネルギー消費量の削減にもつながります。
デジタルインバーター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減少しました。[ 46 ]
冷蔵庫のエネルギー消費量は、冷却方式によっても異なります。例えば、インバーター冷蔵庫は、一般的な非インバーター冷蔵庫に比べてエネルギー消費量が少なくなります。インバーター冷蔵庫では、コンプレッサーは必要に応じて作動します。そのため、インバーター冷蔵庫は、夏よりも冬の方がエネルギー消費量が少なくなる場合があります。これは、コンプレッサーの稼働時間が夏よりも短いためです。
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の速度を調整し、冷却とエネルギー消費を最適化します。これらのモデルのほとんどは、少なくとも4つのセンサーを使用して、外部温度の変化、冷蔵庫のドアの開閉や新しい食品の投入による内部温度の変化、湿度、使用パターンを検出します。センサーの入力に応じて、コンプレッサーは速度を調整します。たとえば、ドアが開けられたり、新しい食品が投入されたりすると、センサーは庫内温度の上昇を検出し、あらかじめ設定された温度に達するまでコンプレッサーの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だけに最低速度で運転します。コンプレッサーは通常、1200～4500rpmで運転します 。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面でも優れています。機器は電源を入れたときに最大のエネルギーを消費し、最大の摩耗を受けます。インバーターコンプレッサーは電源が切れることがなく、代わりに可変速度で運転するため、摩耗とエネルギー消費を最小限に抑えます。 LGは 、コンプレッサー内の摩擦点を低減し、リニアインバーターコンプレッサーを導入することで、インバーターコンプレッサーの改良に大きく貢献しました。従来、家庭用冷蔵庫はすべてピストンに接続された往復運動駆動装置を使用しています。しかし、リニアインバーター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。交流電流によって電磁石の磁極が反転し、その結果生じる押し引きによって冷媒が圧縮されます。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量が32%、騒音が25%削減されると主張しています。
冷蔵庫の物理的な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、冷凍庫内に入る暖かく湿った空気の量が減少します。一方、ドア内蔵の製氷機は熱漏れが多く、エネルギー消費量の増加につながります。[ 47 ]
冷蔵庫の世界的な普及は、食品保存と家庭生活の利便性において変革の時代を告げるものです。20世紀に冷蔵庫が登場して以来、冷蔵庫は贅沢品から日用品へと変化し、食品保存に関する人々の認識を変えてきました。冷蔵庫は、世界中の多様な文化的・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様々な側面に大きな影響を与えています。
冷蔵庫の世界的な普及は、社会が食料供給を扱う方法も変えました。さまざまな社会への冷蔵庫の導入は、貨幣化と工業化された大量食料生産システムをもたらしましたが、これは一般的に、さまざまな生態系にまで遡って追跡される食品廃棄物、動物廃棄物、危険な化学廃棄物の増加と関連付けられています。さらに、冷蔵庫は世界中の多くの人々にとって食料へのアクセスを容易にする手段も提供しましたが、商業化によって促進された多くの選択肢は、栄養密度の低い食品に偏っています。[ 48 ]
家庭用冷蔵庫が大規模な生産と販売において経済的に実現可能になった後、世界中でその普及率は大幅に拡大しました。米国では、推定99.5%の世帯が冷蔵庫を所有しています。[ 49 ]冷蔵庫の所有は、先進西欧諸国ではより一般的ですが、人気が高まっているにもかかわらず、東洋諸国や発展途上国では比較的低いままです。東ヨーロッパと中東全体では、人口のわずか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されています。家庭用冷蔵庫の分布も偏っており、都市部では農村部に比べて冷蔵庫の所有率が高くなっています。[ 50 ]
氷取引は、 19世紀から20世紀にかけて、冷蔵や消費を目的とした天然氷や人工氷の採取、輸送、販売を行う産業でした。取引に使用された氷の大部分は北米で採取され、世界中に輸送されましたが、ノルウェーを拠点とする小規模な事業もいくつかありました。1920年代頃に、より手頃な価格の大型および家庭用冷蔵庫が導入されたことで、大規模な氷の採取と輸送の必要性がなくなり、氷取引はその後減速し、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。[ 51 ]
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りました。最も顕著な改善点は、肉やその他の腐敗しやすい食品で、以前は長期保存や輸送のために保存処理やその他の加工が必要でした。[ 52 ]食品のサプライチェーンにおけるこの変化は、冷蔵技術が使用されている地域で食品の品質を著しく向上させました。さらに、冷蔵技術の登場と世界的なコミュニケーション手段の発展により、食品の鮮度と保存期間が向上したことで、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ました。また、この食品の品質向上は、1900年代初頭頃の米国市民の身長の上昇の原因であるという主張もあります。[ 52 ]
冷蔵技術の普及は、一部地域における食品の質の低下にもつながっている。食品分野におけるグローバル化の一因となった冷蔵技術は、超加工食品や加工食品の製造・輸送を安価にし、特に低所得地域での普及を促した。こうした高品質な食品へのアクセスが限られている地域は、「フードデザート（食料砂漠）」と呼ばれている。
冷凍庫のおかげで、人々は食品をまとめて購入し、好きな時に食べることができるようになり、まとめ買いは節約にもつながります。20世紀に人気を博したアイスクリームは、以前は製造場所まで出向いてその場で食べるしかありませんでしたが、今ではごく一般的な食品となっています。必要な時に氷が使えることは、冷たい飲み物を楽しむだけでなく、応急処置や、ピクニックや緊急時に備えて冷凍保存できる保冷剤としても役立ちます。
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。一般的に、冷蔵庫と冷凍庫が一体となった製品の場合、冷凍室の容量は全体の3分の1から4分の1程度ですが、これらの数値は製品によって大きく異なります。
冷蔵庫と冷凍庫の温度設定は、メーカーによって任意の番号（たとえば、1～9、最も暖かいものから最も寒いものまで）が付けられていることが多いですが、一般的に冷蔵庫は3～5 ℃（37～41 °F）[ 3 ] 、冷凍庫は-18 ℃（0 °F）が理想的です。一部の冷蔵庫は、正常に動作するために特定の外部温度範囲内にある必要があります。これは、ガレージなどの未完成の場所にユニットを設置する場合に問題となる可能性があります。
最近の冷蔵庫の中には、異なる種類の食品を保存するために4つのゾーンに分かれているものもある。
ヨーロッパの冷凍庫、および冷凍室付き冷蔵庫には、冷凍庫の性能を評価するための4つ星評価システムがあります。[ 53 ]
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 ℃（0 °F）を指定していますが、生鮮食品の冷凍を目的としているのは4つ星の冷凍庫のみであり、生鮮食品の冷凍を容易にするために「急速冷凍」機能（コンプレッサーを連続運転し、 -26 ℃（-15 °F）まで冷却する）を備えている場合があります。3つ星（またはそれ以下）は、冷凍食品の保存にのみ適した冷凍食品室に使用されます。このような冷凍室に生鮮食品を入れると、許容できない温度上昇を引き起こす可能性があります。この分類の違いは、4つ星のロゴのデザインにも表れています。「標準」の3つの星は「ポジティブ」カラーを使用してボックス内に表示され、3つ星の冷凍庫と同じ通常の動作を示しています。追加の生鮮食品/急速冷凍機能を示す4つ目の星は、「ネガティブ」カラーまたはその他の異なるフォーマットでボックスの前に表示されます。
ほとんどのヨーロッパ製冷蔵庫には、湿度の高い冷蔵室（不定期に（自動）霜取りが必要）と、（霜取り不要のものは稀）冷凍室が備わっています。
（暖かい順から寒い順へ）
環境問題としてますます重要になっているのが、古い冷蔵庫の廃棄です。当初は、クロロフルオロカーボン冷媒がオゾン層を破壊するためでしたが、旧世代の冷蔵庫が老朽化するにつれて、CFCを含む断熱材の劣化も懸念事項となっています。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います。これはCFCとは異なり、オゾン層を破壊しませんが、それでもかなり強力な温室効果ガスです。HFC-134aは、より新しい冷媒が使用されているヨーロッパでは非常に希少になっています。現在使用されている主な冷媒はR-600a（イソブタン）で、放出された場合の大気への影響は小さくなっています。火花がある状態で冷媒のイソブタンが漏れると、冷蔵庫が爆発するという報告があります。冷却液が冷蔵庫内に漏れた場合、ドアが開いていない時（例えば夜間）には、冷蔵庫内の空気中の冷却液の濃度が高まり、爆発性の混合物が形成される可能性があります。この混合物は、サーモスタットからの火花、またはドアが開いたときにライトが点灯することによって引火し、結果として発生した爆発により、深刻な物的損害や負傷、さらには死亡に至る事例が記録されています。[ 59 ]
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の取り外しが義務付けられていることが多い。廃棄された冷蔵庫、特にラッチ式のドアが付いた古いモデルで遊んでいる子供が窒息死したことがある。1950年代以降、多くの地域で冷蔵庫のドアを内側から押し開けることが規制されている。[ 60 ]最新のユニットは、ドアを密閉したまま内側から押し開けることができる磁気ドアガスケットを使用している。[ 61 ]このガスケットは、ドイツのベルギッシュ・グラートバッハのマックス・ベアマン（1903～1984）によって発明、開発、製造された。[ 62 ] [ 63 ]
総ライフサイクルコストに関して、多くの政府は古い冷蔵庫のリサイクルを促進するためのインセンティブを提供しています。 1 つの例は、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です。この政府のインセンティブは、古い冷蔵庫を回収し、冷蔵庫を「寄付」した所有者に支払いました。その後、冷蔵庫は新しいドアシール、徹底的なクリーニング、古いユニットの背面にストラップで固定されているカバーなどのアイテムの取り外しなど、改修されました。その結果、10% 以上効率が向上した冷蔵庫は、低所得世帯に提供されました。米国にも、古い効率の低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があります。[ 64 ]これらのプログラムは、古くて非効率または故障している大型家電を、より新しくエネルギー効率の高い家電に交換し、低所得世帯にかかるコストを削減し、古い家電による汚染を削減することを目的としています。
{{cite journal}}: CS1メンテナンス: DOIは2026年1月現在非アクティブです（リンク）