Kühlschrank Prinzip?
Hallo,
kann mir jemand anschaulich das Kühlschrankprinzip erklären? Ich verstehe die Videos und Artikel im Internet nicht ganz.
Im Prinzip haben wir ein Kühlmittel welches bei circa 8 bar über ein Drosselventil entspannt wird, dadurch verdampft es zum teil der andre teil bleibt flüssig. Aufgrund des thermischen Gleichgewichts nimmt das Kühlmittel Wärmeenergie aus dem Kühlschrank auf und verdampft komplett. Im nächsten Schritt wird es von dem Kompressor wieder abgesaugt wodurch es wärmer und flüssig wird. Dadurch gibt es wieder wärme an die Umgebung ab. Der Kreislauf beginnt von vorne.
Stimmt das soweit? Habe ich etwas vergessen?
4 Antworten
Stimmt soweit. Arbeitsstoff nimmt Wärme auf (durch Änderung des Aggregatzustands), nimmt sie mit sich auf die andere Seite des Kreislaufs und gibt sie wieder ab (wieder durch Änderung des Aggregatzustands). Auch Wärmepunpen funktionieren so (nur ist die kalte Seite draußen und die warme drinnen).
Das Ganze widerspricht übrigens nur auf den ersten Blick dem zweiten Hauptsatz weil die Gesamtentropie abnimmt und man sich vom thermischen Gleichgewicht enfernt (das würde auch von allein nicht laufen). Aber für das Pumpen muss man ein wenig sehr hochwertige Energie (mit null Entropieanteil) zuführen (elektrisch oder mechanisch), damit stimmt die Bilanz wieder.
Der kühlschrank arbeitet,wei ein "Wärmepumpe".
Dem Innenraum wird Wärmeenergie entzogen und wird dann an die Umgebung abgegeben.
Das kühlmittel hat eine geringe "Siedtemperartur" -verdampft bei niedriger Temperatur.
Beispie: ts=-4° Celsius
1) Wärmeenergie fließt "immer" von der höheren Temperatur zur niedrigen Temperatur.
Also : Innenraumtemperatur (Kühlschrank) ti=10° und Kühlmitteltemperatur tk=-4°
2) es fließt also Wärmeenergie vom Innenraum des Kühlschranks zum Kühlmittel
3) Das "gasförmige" Kühlmittel,wird durch einen Kompressor "komprimiert" und wird durch die kompression heiß.
4) Dann wird dieses "heiße Kühlmittelgas" in einen "Wärmetauscher" (kühler) geleitet und abgkühlt.
5) Dann fließt das "gasförmige Kühlmittel" durch eine "Drossel) (kleine Düse) und wird dadurch von dem hohen Druck in Wärmetauscher heruntergebracht.
6) Nach der "Drosselung" ist das kühlmittel wieder l flüssig und kann durch die Zufuhr der Wärmeinergie aus dem Innenraum des Kühlschranks wieder verdampfen.
Bei allen "Zustandsänderungen des Kühlmittels gilt die
"Zustandsgleichung des ideales Gases" mit hinreichender Genauigkeit.
p*v=m*R*T
p druck in Pa (Pascal)
v Volumen in m^3 (kubikmeter)
m Masse in kg
R spezielle Gaskonstante des Kühlmittels
T Temperatur in K (kelvin)
wichtige kennwerte für das Kühlmittel ist die Siedetemperatur "ts" bei bestimmten Druck "p"
und die "spzifische Verdampfungswärme" r
gibt an,wie viel Energie man braucht,um 1 kg Kühlmittel zu verdampfen.
Beispiel: Freon 12 (CCl2F2) Siedetemperatur ts=24,9° bei p=101,3 kPa
Verdampfungswärme r=162 kJ/kg (Kilojoule pro kg)
> das Kühlschrankprinzip
das ist einfach - ein wärmeisolierter Raum plus eine Vorrichtung, die Wärme aus dem Inneren nach außen schafft. Diese Vorrichtung benötigt Energie - umso mehr, je größer die Temperaturdifferenz zwischen innen und außen ist.
Was diese Vorrichtung betrifft: Da fallen mir auf Anhieb drei Varianten ein. Eine davon ist der von Dir beschriebene Kompressorkühlschrank. Im Haushaltskühlschrank verwendet.
Daneben gibt es den Absorber-Kühlschrank (schlechter Wirkungsgrad. In Hotelkühlschränken, da nahezu geräuschlos. Und in Camping-Kühlschränken, da auch mit Solar- oder Gasheizung zu betreiben)
Und das Peltier-Element - noch schlechterer Wirkungsgrad, dafür sehr kleine Bauform. u.a. Prozessor-Kühlung.
man muß sich das grundsätzliche Prinzip deutlich machen:
eine Flüssigkeit (Kühlmittel), die verdampft, entzieht der Umgebung Wärme. So kann man z.B. in der Wüste in einer geeigneten angefeuchteten Flasche Eis herstellen, wenn man sie aus dem fahrenden Auto hängt (das verdampfende Wasser auf der Flasche macht das Wasser in der Flache zu Eis - es funktioniert wirklich).
umgekehrt gibt eine kondensierende Flüssigkeit Wärme an die Umgebung ab (das passiert auf der Rückseite des Kühlschranks im Verflüssiger). Dadurch wird Wärme aus dem Kühlschrank von innen nach außen transportiert.
Der Kompressor treibt diesen Prozeß an, indem er das Gas adiabatisch verdichtet und verflüssigt.
Der Clou beim Kühlschrank besteht darin, daß das Kühlmittel bereits bei Temperaturen unter 0°C verdampft und dann adiabatisch verdichtet wird, wodurch es kondensiert. Durch die Kondensation wird Wärme an die Umgebung abgegeben, die Flüssigkeit kühlt ab und ist bereit für einen neuen Zyklus.