Wie funktioniert ein Kühlschrank?
Eine einfach Erklärung bitte.
7 Antworten
Ein kühlschrank verfügt über eine flüssigkeit, die die wärme im kühlschrank aufnimmt und an die umgebung abgibt (mit wärme ist hier nicht die temperatur gemeint sondern soetwas wie die gespeicherte kinetische energie der luftpartikel im Kühlschrank). Wie macht er das?
Die flüssigkeit muss dazu in einem kühlkreislauf laufen. Zuerst nimmt die flüssigkeit die wärme aus dem kühlschrank auf, bis die flüssigkeit quasi die gleiche temperatur wie im kühlschrank hat. Nun muss der druck über einen kompressor erhöht werden. Dadurch ändert sich auch die temperatur in der flüssigkeit. Die flüssigkeit wird heiß und kann die gespeicherte wärme(energie) an die umgebung abgeben( es fließt immer warm nach kalt). Man sieht das auch an den kühlrippen hinten am kühlschrank. Nachdem die flüssigkeit die wärme an die umgebung abgegeben hat, hat sie wieder normaltemperatur aber hohen druck. Jetzt geht die flüssigkeit durch eine drossel. Durch die drossel wird der druck abgebaut und die flüssigkeit geht wieder auf normaldruck zurück. Da sie aber die wärme(energie) an die umgebung abgegeben hat ist die flüssigkeit nun viel viel kälter und kann wieder wärme vom inneren des kühlschranks aufnehmen.
Neben dem Kompressorkühlschrank gibt den Adsorber-Kühlschrank. Auch als Camping-Kühlschrank bekannt. Das Verfahren ist etwas komplizierter. Man setzt hör Amonisk NH3 als Kältemittel ein. Dieses ist gut wasserlöslich. Die Löslichkeit ist tempersturabhängig. Zusätzlich ist eine Wasserstoff-Atmosphäre erforderlich. Der Kälteprozess Fundes bei gleichem Druck aber unterschiedlichen Partisldrücken der Gashemische NH3 + H2 und NH3 + H2O statt. Im Köcher wird Die Lösung aus NH3 und H2O verdampft. H2O kondensiert früher und wird in den Adsorber geleitet. Die Gasphase von Adsorber und Verdampfer ist durch ein Syphon, gefüllt mit Wasser, getrennt. Obenrum auch über ein Syphon sus flüssigem Amoniak. Das Amonidk NH3 kondensiert im Kondensator unter Wasserstoffatmosphäre und läuft in den Sammler. Das ist das obere Syphon. Von dort in den Verdampfer. Der Verdampfer ist mit dem Absorber verbündet. Im Absorber wird das NH3 vom H2O gelöst. Dies nennt man Absorption. Dies reduziert gleichzeitig den Partialdruck des NH2 in der Wasserstoffatmosphäre und das NH3 aus dem Sammler verdampft im Verdsmpfer (Kühlfach). Dabei nimmt es Wärme auf und kühlt. Die NH3-reiche Lösung fließt wieder zum Kocher... als Pumpe dient der Kocher. Hier verdampft das Hemisch in einem engen Rohr. Die Aufsteigenden Dampfblasen nehmen das Gemisch mitt.
Vorzeil des Systems: lautlos, vibrationsfrei, ohne mechanische Bauteile, kann mit einer (Gas-)Flamme betrieben werden. Findet sich in der Minibar im Hotel Anwendung.
Nachteil: geringer Wirkungsgrad, besonders bei hohen Temperaturen. Ab ca. 35 °C nicht mehr gebrauchsfähig.
Wobei eine thermoelektrische Kühlung die gleichen Vorteile hat und sogar noch ohne Plörre auskommt. Der niedrige Wirkungsgrad ist aber ebenso von Nachteil.
So, jetzt haben wir alle Varianten beisammen.
Es gibt verschiedene Systeme. Am gebräuchlichsten ist der Kompressor-Kühlschrank. Hier wird ein Kältrmittrlgas mit einem Kompressor verdichtet und nach kondensation entspannt und verdampft:
Der Taupunkt des Kältemittel ist Druckabhängig. Bei R404a ist das bei 6,028 bar bei 0°C. Kommt Wärme dazu, verdampft das Kältemittel.
Der Kompressor bringt das Kältemittel jetzt auf ein höheres Druckmiveau. Zum Beispiel 20,449 bar. Dazu muss man zwar Arbeit und damit Wärme zuführen, aber das Kältemittel kondensiert jetzt bei 45 °C. Das passiert im warmen Teil der Wärmepumpe / Kühlschrank / Klimaanlage. Anschießend wird das jetzt flüssige Kältemittel über ein Expsnsionsventil oder Kapillarrohr in den Verdampfer (kalter Teil) geleitet. Hier verdampft das Kältemittel bei tiefer Temperatur und kühlt. Zur Verbesserung der Effizienz gibt es noch einen Wärmetauscher (Kompensator), der das flüssige Kältemittel vor Expansion abkühlt („unterkühlt“) und die „Kälte“ des kalten Gases vor der Verdichtung „rückgewinnt“.
Das Verhältnis zwischen investierter Arbeit (Leistung) und Wärmeabfuhr nennt man COP. Eine gute Wärmrpumpe zur beheizend kommt auf ca. 5,5. also 1 kWh bezahlter Strom, 5,5 kWh Wärme im Haus. Aber natürlich nicht bei -10 °C.
Ganz einfache Erklärung?
Er pumpt Wärme aus dem Innenraum nach außen.
Wie?
Ein Kältemittel verdampft im Wärmetauscher im Innenraum, dadurch kühlt dieser herunter, außen wird das Gas komprimiert, um die Temperatur zu überhöhen, diese Wärmeenergie wird an die Umgebung abgeführt, das Gas expandiert, wodurch es rapide kälter wird und wieder verflüssigt, es kann nun wieder nach innen geleitet werden.
Die Kunst liegt darin ein geeignetes Kältemittel zu finden, dessen Siedepunkt möglicht knapp unterhalb der niedrigstens Zieltemperatur liegt.
Ergänzung: Es ging auch wenn das Kältemittel stets gasförmig wäre, stets flüssig ist für den Kompressor schlecht, Flüssigkeiten haben niedrige Kompressibilität.
Ein weiteres Verfahren ist die Peltier-Technik. Legt man an ein Peltier-Element eine Gleichspannung (12V) wird eine Seite heiß uns eine Seite kalt. Anwendung: Portable Kühlboxen im Auto.
Vorteil: lage-unabhängig. Funktioniert auch über Kopf, in Schwrelosigkeit und bei gerüttelt. Kommt abgesehen von ggf. einem Ventilator ohne mechanische Bauteile aus.
Nachteil: sehr schlechter Wirkungrad. Maximale Differenztempertur 20..25 K