Lodówka jest jednym z najważniejszych urządzeń w gospodarstwie domowym, służącym do przechowywania żywności w niskiej temperaturze, co pozwala na jej dłuższe zachowanie świeżości. Działa ona na zasadzie obiegu czynnika chłodniczego, który transportuje ciepło z wnętrza lodówki na zewnątrz, schładzając przestrzeń wewnętrzną. Proces ten opiera się na zjawiskach termodynamicznych, takich jak sprężanie, skraplanie, rozprężanie i parowanie. Aby zrozumieć dokładnie, jak działa lodówka, warto prześledzić cały cykl działania krok po kroku.
Podstawowe elementy lodówki
Lodówka składa się z kilku kluczowych elementów, które współpracują, aby utrzymać niską temperaturę wewnątrz urządzenia:
- Sprężarka – serce systemu chłodniczego, które odpowiada za sprężanie gazu chłodniczego.
- Skraplacz – element, który umożliwia oddawanie ciepła na zewnątrz lodówki.
- Parownik – miejsce, gdzie czynnik chłodniczy odbiera ciepło z wnętrza lodówki.
- Zawór rozprężny – kontroluje przepływ i ciśnienie czynnika chłodniczego między skraplaczem a parownikiem.
- Czynnik chłodniczy (freon) – substancja, która krąży w układzie, zmieniając swój stan skupienia, dzięki czemu transportuje ciepło.
Jak działa lodówka – cykl chłodzenia
Sprężanie czynnika chłodniczego
Cykl pracy lodówki zaczyna się od sprężarki chłodniczej. Sprężarka jest napędzana silnikiem elektrycznym i odpowiada za zasysanie czynnika chłodniczego w postaci gazu o niskim ciśnieniu z parownika. Następnie spręża go, co powoduje, że gazowy czynnik chłodniczy zwiększa swoje ciśnienie i temperaturę. Na tym etapie czynnik chłodniczy jest gorący i pod wysokim ciśnieniem.
W tym procesie sprężania czynnika zachodzi zjawisko fizyczne – gdy gaz jest sprężany, jego temperatura rośnie. Z tego powodu gorący gazowy czynnik chłodniczy musi być schłodzony, aby mógł oddać swoje ciepło do otoczenia.
Skraplanie – oddawanie ciepła na zewnątrz
Gorący i sprężony czynnik chłodniczy w formie gazowej trafia do skraplacza, który znajduje się zazwyczaj na tylnej ścianie lodówki (lub na jej spodzie w niektórych modelach). Skraplacz to zestaw wężownic lub rurek, przez które przepływa czynnik chłodniczy.
Skraplacz pełni kluczową funkcję, umożliwiając odprowadzanie ciepła na zewnątrz. Gorący gaz oddaje ciepło do otaczającego powietrza, co powoduje, że gaz zaczyna się skraplać i przechodzi w stan ciekły. Stąd pochodzi nazwa „skraplacz” – w tym elemencie czynnik chłodniczy zmienia się z gazu w ciecz. Oddawanie ciepła do otoczenia jest zauważalne, ponieważ z tyłu lodówki, gdzie znajduje się skraplacz, można wyczuć ciepło.
Rozprężanie – obniżenie ciśnienia i temperatury
Po skropleniu czynnik chłodniczy w postaci cieczy pod wysokim ciśnieniem trafia do zaworu rozprężnego. Zawór ten pełni funkcję regulatora, kontrolując przepływ czynnika chłodniczego między skraplaczem a parownikiem. W momencie, gdy czynnik przechodzi przez zawór rozprężny, jego ciśnienie gwałtownie spada, co powoduje również obniżenie temperatury.
Czynnik chłodniczy przechodzi przez proces rozprężania, zmieniając swój stan z cieczy pod wysokim ciśnieniem na mieszaninę cieczy i gazu o niskiej temperaturze. Dzięki temu czynnik staje się wystarczająco zimny, aby skutecznie schłodzić wnętrze lodówki.
Parowanie – chłodzenie wnętrza lodówki
Schłodzony i rozprężony czynnik chłodniczy trafia do parownika, który znajduje się wewnątrz lodówki (najczęściej ukryty w jej tylnej ścianie). Parownik to zestaw rur, przez które przepływa czynnik chłodniczy, pochłaniając ciepło z wnętrza lodówki.
W tym momencie następuje proces parowania. Czynnik chłodniczy w niskiej temperaturze pochłania ciepło z powietrza wewnątrz lodówki, co powoduje, że zmienia swój stan z cieczy na gaz. W trakcie tego procesu wnętrze lodówki jest schładzane, a czynnik chłodniczy ponownie staje się gazem o niskim ciśnieniu.
Gdy czynnik chłodniczy odbierze ciepło z wnętrza lodówki i przejdzie w stan gazowy, cykl chłodzenia rozpoczyna się od nowa. Gazowy czynnik jest zasysany przez sprężarkę i cały proces powtarza się.
Dodatkowe elementy sterujące
Termostat
Termostat jest jednym z najważniejszych elementów kontrolnych w lodówce. Jego zadaniem jest monitorowanie temperatury wewnątrz komory lodówki i włączenie lub wyłączenie sprężarki w zależności od ustawień użytkownika. Gdy temperatura w lodówce osiągnie ustaloną wartość (np. 4°C), termostat wyłącza sprężarkę. Kiedy temperatura wewnątrz lodówki wzrasta powyżej ustawionej wartości, termostat włącza sprężarkę, aby rozpocząć kolejny cykl chłodzenia.
System odszraniania
Nowoczesne lodówki są często wyposażone w system automatycznego odszraniania, który zapobiega gromadzeniu się lodu na parowniku. Proces odszraniania uruchamia się co jakiś czas, podgrzewając parownik, co powoduje topnienie lodu. Woda z procesu odszraniania jest odprowadzana do specjalnego pojemnika, gdzie odparowuje.
Czynnik chłodniczy
Wspomniany wcześniej czynnik chłodniczy (np. freon) jest substancją odpowiedzialną za przenoszenie ciepła. Ważną cechą czynników chłodniczych jest ich zdolność do zmiany stanu skupienia (z cieczy na gaz i odwrotnie) w odpowiednich warunkach ciśnienia i temperatury. Starsze modele lodówek korzystały z freonu (CFC), który został wycofany ze względu na jego negatywny wpływ na warstwę ozonową. Obecnie stosuje się bardziej ekologiczne substancje, takie jak R-600a (izobutan) czy R-134a.
