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Wie funktioniert ein Kühlschrank ?
Kühlschränke werden zur kurzfristigen Lagerung von verderblichen Lebensmitteln eingesetzt. Bei einer Kühlschrankinnentemperatur von 28 °C ist die Vermehrung von Mikroorganismen, die für den Verderb von Lebensmitteln verantwortlich sind, bereits erheblich eingeschränkt. Der eigentliche Kühlprozess, der in einem Kühlschrank stattfindet, basiert auf grundlegenden natürlichen Prozessen. Entscheidend ist, dass eine Flüssigkeit, die verdampft, ihrer Umgebung Wärme entzieht. Ein Parfüm, das beispielsweise auf der Haut verdunstet, hinterlässt einen kühlenden Eindruck. Während des Verdampfungsprozesses bleibt die Temperatur der Flüssigkeit konstant, während die Temperatur der unmittelbaren Umgebung in Richtung der Verdampfungstemperatur der Flüssigkeit sinkt. Wird dagegen der Dampf einer Flüssigkeit komprimiert, steigt ihre Temperatur. Der komprimierte und erwärmte Dampf kann diese Wärme an seine Umgebung abgeben und dann in den flüssigen Zustand überführen. Die in einem Kühlschrank verwendete Flüssigkeit wird als Kältemittel oder Kühlmittel bezeichnet. Er entzieht dem Kühlgut Wärme und gibt sie an einer anderen Stelle im Kreislauf ab. Kältemittel sind Stoffe, die unter Normaldruck bei Temperaturen deutlich unter 0 °C verdampfen. Dazu gehört beispielsweise Ammoniak (Siedepunkt (Der Siedepunkt einer Substanz ist die Temperatur, bei der der Dampfdruck der Flü
ssigkeit gleich dem Druck um die Flüssigkeit herum ist und die Flüssigkeit in einen Dampf übergeht): 33 °C) und verschiedene Frigene, wie Freon (Freon ist ein eingetragenes Warenzeichen von The Chemours Company, das es für eine Reihe von Halogenkohlenstoffprodukten verwendet) (Siedepunkt: 31 °C), das zu den Fluorchlorkohlenwasserstoffen gehört (FCKW (A chlorofluorocarbon ist eine organische Verbindung, die nur Kohlenstoff, Chlor und Fluor enthält, hergestellt als flüchtiges Derivat von Methan , Ethan und Propan) ). Nach Gebrauch entweichen die FCKW in die Erdatmosphäre, wo sie aufgrund ihrer hohen chemischen Stabilität in die Stratosphäre gelangen können. Chlor (Chlor ist ein chemisches Element mit dem Symbol Cl und der Ordnungszahl 17) Atome werden unter dem Einfluss von hochenergetischer Sonnenstrahlung von den FCKW-Molekülen abgespalten. Dadurch steigt die Zahl der freien Chlorradikale, die wiederum für die Zerstörung der lebenswichtigen Ozonschicht verantwortlich gemacht werden.
Die Kompressionsmethode: Kühlschränke.
Der Kreislauf des Verdichtungssystems ist wie folgt: – Das zunächst flüssige Kältemittel gelangt in den im Kühlhaus befindlichen Verdampfer. Dabei verdampft das Kältemittel, wobei die benötigte Wärme (Verdampfung (Verdampfung ist eine Art Verdampfung einer Flüssigkeit, die von der Oberfläche einer Flüssigkeit in eine nicht mit dem verdampfenden Stoff gesättigte Gasphase erfolgt) Wärme) über das Verdampfergehäuse aus dem Kühlraum entnommen wird.
Der Kompressor (Kompressor), der mit einem Antriebsmotor gekoppelt ist, saugt das Kältemittel aus dem Verdampfer an und transportiert es zum Kondensator (Kondensator). Das Kältemittel kann nicht so schnell aus dem Verflüssiger austreten meist durch ein dünnes Rohr (Kapillarrohr) wie es vom Verdichter eingedrückt wird. Dies führt dazu, dass es unter hohem Druck steht und sich erwärmt. Da der Verflüssiger (In Systemen mit Wärmeübertragung ist ein Verflüssiger ein Gerät oder eine Einheit, um einen Stoff aus seinem gasförmigen in seinen flüssigen Zustand zu kondensieren, indem er gekühlt wird) Wände haben eine niedrigere Temperatur als der erhitzte Dampf, verflüssigt sich der Dampf (kondensiert). Die dabei freigesetzte Wärmemenge wird über den Kondensator an die Umgebung abgegeben, wodurch sich die Rückseite des Kühlschranks erwärmt. Dabei ändert sich die Temperatur des Kühlmittels nur geringfügig. Nachdem das flüssige Kühlmittel das Kapillarrohr (Drosselstelle) verlassen hat, erfährt es plötzlich einen Temperaturabfall durch eine Ausdehnung des Türbereichs des Rohres und kehrt mit geringem Druck zum Verdampfer zurück. Bei
diesen durch den Verdichter verursachten Unterdruckverhältnissen verdampft das Kältemittel wieder und der Kreislauf läuft wieder an.
Unterschreitet die Temperatur im Kühlschrank die gewünschte Tieftemperatur, schaltet ein Thermostat den Verdichtungsmotor ab; der Kühlmittelkreislauf stoppt. Wird jedoch die eingestellte Temperatur im Kühlschrank überschritten, schaltet sich der Kompressor wieder ein. Die Einschaltphasen werden durch das leise Summen angezeigt.
Der Absorptionsprozess: Absorption ist allgemein definiert als die Lösung eines Dampfes oder Gases in einem flüssigen oder festen Körper oder die Lösung einer Flüssigkeit in einem festen Körper ohne dauerhafte chemische Veränderungen. Die Absorption kann durch Wärmeeinwirkung umgekehrt werden. Kühlschränke, die den Absorptionsprozess verwenden, enthalten in der Regel das Kältemittel (Ein Kältemittel ist eine Substanz oder ein Gemisch, in der Regel ein Fluid, das in einer Wärmepumpe und einem Kältekreislauf verwendet wird) Ammoniak (NH3), das leicht von Wasser absorbiert (absorbiert) wird Der Betrieb des Absorptionskühlschranks ist wie folgt:- Wie beim Kompressionsprozess tritt das flüssige Kältemittel in den Verdampfer ein (Ein Verdampfer ist eine Vorrichtung, mit der die flüssige Form einer Chemikalie in ihre gasförmige Form gebracht wird) wo sich das Hilfsgas Wasserstoff befindet. Durch seine Anwesenheit erreicht das Ammoniak den für die Verdampfung erforderlichen niedrigen Druck, d.h. es wird der Kühlkammer Wärme entzogen – der Absorber enthält Wasser , das die Eigenschaft hat, gasförmiges Ammoniak aufzunehmen (Absorption). Das Wasser saugt auf diese Weise den Ammoniakdampf aus dem Verdampfer, so dass hier weiteres Ammoniak verdunsten kann – das ammoniakhaltige Wasser wird nun dem Kocher zugeführt. Hier wird es mittels eines elektrischen Erhitzers erwärmt, so dass das Ammoniak unter erhöhtem Druck als Dampf freigesetzt und schließlich in den Kondensator geleitet wird. Das ammoniakfreie Wasser fließt über einen Sekundärkreislauf in den Absorber zurück und kann dort wieder zur Aufnahme von gasförmigem Ammoniak (Ammoniak oder Azan ist eine Verbindung aus Stickstoff und Wasserstoff mit der Formel NH3) verwendet werden.- Sobald es den Kondensator erreicht hat, gibt das erhitzte Ammoniakgas seine Wärme an die Umgebung ab.
Dies geschieht über die Lamellen des Kondensators. Absorptionskühlschränke haben den Nachteil, dass sie bei gleicher Kühlleistung etwa dreimal so viel Energie verbrauchen wie ein Kompressionskühlschrank. Vorteilhaft ist jedoch, dass sie praktisch geräuschlos betrieben werden können, da keine beweglichen mechanischen Teile vorhanden sind. Sie können auch mit verschiedenen Energieformen wie 230 V Gleich- oder Wechselspannung, 12 V Gleichspannung, über das Bordnetz oder sogar mit Propangas betrieben werden. Der Einsatz von Absorptionskältemaschinen beschränkt sich daher auf Anwendungen, bei denen diese Eigenschaften von besonderem Interesse sind, wie z.B. Campingausrüstung oder Wohnkühlschränke (Raumbar). Ist die Wärmeabfuhr über den Kondensator gestört oder ist die Umgebungstemperatur zu hoch (ab ca. 30 °C), wird die Kühlleistung des Gerätes erheblich reduziert. Außerdem kann die Funktionsfähigkeit des Kühlschranks nach dem Transport oder nach längerer Schräglage beeinträchtigt werden. Diese Störung kann jedoch in der Regel durch Kippen, Schütteln oder”Umstülpen” behoben werden, da der Kühlschrankverdampfer sowohl im Absorptions- als auch im Kompressionskühlschrank oft kastenförmig ist. Es ist durch eine Klappe oder Tür vom eigentlichen Kühlhaus getrennt. Sein Inneres ist das Verdampferfach, das für die Lagerung von Tiefkühlkost und Tiefkühlware geeignet ist.