Chłodziarka domowa, popularnie nazywana
lodówką
Chłodziarka to urządzenie (
maszyna robocza
), którego zadaniem jest obniżenie
temperatury
środowiska chłodzonego, kosztem doprowadzonej energii. W chłodziarkach absorpcyjnych energia dostarczana jest w postaci
ciepła
, natomiast w pozostałych (sprężarkowych, strumienicowych, termoelektrycznych) w postaci
pracy
. Chłodzonym czynnikiem może być powietrze, woda lub inny czynnik pośredniczący (
chłodziwo
).
Historia
Pierwszą chłodziarkę opracował australijski wynalazca (z zawodu drukarz) John Harrison. Jego chłodziarki pojawiły się w sprzedaży już w
1862
. Następnym krokiem Harrisona było opracowanie instalacji chłodzącej w
browarze
Bendigo w stanie
Wiktoria
. Jednak w większości źródeł wynalazcą chłodziarki jest
bawarski
inżynier
Carl von Linde
, który w
1871
roku zastosował system chłodzenia w
browarze
Spaten w
Monachium
, aby umożliwić produkcję
piwa
latem. Środkiem schładzającym był
eter dimetylowy
lub
amoniak
(eter metylowy zastosował także Harrison, który zauważył, że czyszczone w
eterze
czcionki
, ochładzają się podczas jego parowania z ich powierzchni). Była to chłodziarka absorpcyjna.
Pierwsza elektryczna chłodziarka zastosowana w warunkach domowych nosiła nazwę
DOMELRE
(DOMestic ELectric REfrigerator). Do sprzedaży została wprowadzona w
Chicago
(
Stany Zjednoczone
), w
1913
roku. Równocześnie, w tym samym roku pojawiły się pierwsze chłodziarki w
Niemczech
. Chłodziarkę z zamrażarką wynaleziono dopiero w
1939
roku. Pierwszą firmą, będącą prekursorem, który wprowadził chłodziarki do domu przeciętnego człowieka, była firma
Electrolux
. Obieg w popularnych chłodziarkach "absorpcyjnych", w którym parowanie odbywa się nie wskutek występującej różnicy ciśnień bezwzględnych, lecz różnicy ciśnień parcjalnych (amoniaku, wody i wodoru), nazywany bywa w literaturze "obiegiem systemu Electrolux".
Chłodziarki
Zdecydowana większość obecnych chłodziarek to urządzenia elektryczne, najczęściej sprężarkowe, realizujące lewobieżny
obieg Lindego
. W przeciwieństwie do obiegów prawobieżnych, realizowanych w
silnikach cieplnych
(obieg
Cykl Otta
,
Diesla
, Seilingera, Braytona), do układu doprowadzana jest praca a odbierane ciepło.
Schemat ideowy działania chłodziarki
Chłodziarka sprężarkowa
Najprostszy układ chłodniczy składa się z następujących elementów:
-
skraplacza
,
- elementu dławiącego (w urządzeniach domowych rolę tę pełni
rurka kapilarna
),
-
parownika
.
-
sprężarki
.
W
parowniku
, który jest umiejscowiony w środowisku chłodzonym, panuje niskie ciśnienie więc i temperatura. Znajdujący się tam
czynnik chłodniczy
wrze, intensywnie odbierając ciepło. Następnie jest zasysany i sprężany przez sprężarkę po czym trafia do skraplacza, gdzie pod wysokim ciśnieniem ulega
skropleniu
. Ciekły czynnik o temperaturze wyższej od temperatury otoczenia trafia do elementu dławiącego, ponieważ jego ciśnienie musi zostać obniżone do ciśnienia panującego w parowniku. Podczas
dławienia
część czynnika odparowuje powodując spadek temperatury pozostałej cieczy. Zimna mieszanina cieczowo-parowa trafia do parownika i cykl się powtarza.
Chłodziarka absorpcyjna
Tego typu chłodziarka działa na zasadzie krążenia czynnika chłodniczego między absorberem (tutaj jest pochłaniany) a desorberem (w chłodziarce tę funkcję spełnia warnik). W desorberze czynnik chłodniczy wydziela się z roztworu. Układ absorbera i desorbera stanowi de facto
sprężarkę chemiczną
, pozostała część obiegu jest identyczna jak w chłodziarce sprężarkowej.
Chłodziarki absorpcyjne to pierwsze elektryczne chłodziarki. Z wynalezieniem chłodziarek sprężarkowych, które są bardziej wydajne, systematycznie przechodzono na nowe rozwiązanie. W pewnych sytuacjach stosuje się je do dziś. Przykładem mogą być chłodziarki małe, stacjonarne (poniżej 1 m wysokości). W tego typu chłodziarkach nie montuje się sprężarek, gdyż układ sprężarkowy, mimo że bardziej wydajny, zajmuje więcej miejsca.
Charakterystycznym typem chłodziarek absorpcyjnych jest chłodziarka gazowa. W typowej chłodziarce warnikiem jest grzałka elektryczna, a w gazowej palnik gazowy. To rozwiązanie jest często stosowane w miejscach, gdzie nie ma prądu, lub częste są jego zaniki, a urządzenie łatwo może być podłączone do butli gazowej, np. w
przyczepach kempingowych
. W tego typu chłodziarkach często zamontowana jest też grzałka i urządzenie można zasilać zarówno prądem jak i gazem.
Chłodziarka adsorpcyjna
Jest to urządzenie realizujące obieg chłodniczy w dość podobny sposób co chłodziarka absorpcyjna, z tą jednak różnicą, że wykorzystywany jest proces
adsorpcji
. Ten fakt powoduje, że urządzenie jest zbudowane zgoła inaczej. Adsorpcja zachodzi na powierzchni ciała stałego (np.:
węglu aktywnym
), więc nie ma możliwości przepływu ani roztworu bogatego ani roztworu ubogiego, jak to się dzieje w przypadku chłodziarki absorpcyjnej.
Chłodziarka termoelektryczna
Chłodziarka termoelektryczna opiera swoje działanie na
efekcie Peltiera
. Elementem chłodzącym są w niej
Moduły Peltiera
.
Chłodziarki tego typu mają niską sprawność, jednak charakteryzuje je minimalny udział elementów chłodzących w samej chłodziarce. Dzięki temu urządzenie o niewielkich gabarytach ma dużą pojemność. Chłodziarki tego typu wykorzystywane są głównie jako urządzenia przenośne, zazwyczaj zasilane niskim napięciem, z zewnętrznego zasilacza lub z gniazdka zapalniczki samochodowej.
Ponieważ efekt Peltiera jest zjawiskiem odwracalnym, działanie chłodziarki można odwrócić. Bardzo często chłodziarki przenośne mają przełącznik, umożliwiające zmianę kierunku transportu ciepła.
Chłodziarka magnetyczna
W ostatnich latach zaczęły się również pojawiać chłodziarki wykorzystujące efekt magnetokaloryczny. Ich zaletą jest sprawność wyższa o ok. 40% od tradycyjnych konstrukcji.
Chłodziarka termoakustyczna
Jest to urządzenie wykorzystujące efekt termoakustyczny do obniżania temperatury. Tego typu urządzenia są najczęściej wykorzystywane do skraplania gazów w urządzeniach laboratoryjnych.
Zobacz też
