Wszystkie urządzenia podłączone do prądu wydzielają ciepło, a lodówka chłodzi. Jak to możliwe? To nie czary ani zaprzeczanie prawom natury. To fizyka i chemia w najczystszej postaci.
Nie jest tak, że lodówka tylko chłodzi. O tym, że wydziela ciepło, wie każdy, kto dotknął bocznej albo tylnej części urządzenia. A jednak w jego wnętrzu panują niskie temperatury – zwykle od 2 do 8 stopni Celsjusza. Konstrukcja, która to umożliwia, wykorzystuje właściwości chemiczne substancji chłodzących.
Najczęściej spotykanym typem lodówki jest lodówka sprężarkowa. A właściwie chłodziarka, bo, technicznie rzecz biorąc, lodówka to zbiornik z lodem, a chłodziarka to urządzenie chłodzące. Pozostańmy jednak przy potocznej nazwie urządzenia. Na jakiej zasadzie funkcjonuje?
Krótko mówiąc, lodówka sprężarkowa chłodzi, ponieważ chłodziwo na przemian paruje i skrapla się, zmieniając swoją temperaturę. Wszystko to odbywa się w obiegu zamkniętym. Gdy substancja jest ciepła, znajduje się daleko od komory na pożywienie. Gdy jest zimna, znajduje się blisko niej, dzięki czemu ją schładza.
To wersja skrótowa. Rozwinięta jest bardziej skomplikowana.
Jak konkretnie działa lodówka sprężarkowa?
Zacznijmy od najważniejszego elementu, czyli sprężarki. Bez niego nie zachodziłyby reakcje fizyczne, które powodują obniżenie temperatury. To urządzenie, które pompuje czynnik chłodzący przez cały „układ krwionośny” lodówki.
Sprężarka nie tylko sprawia, że substancja porusza się w obiegu, ale również zwiększa panujące w nim ciśnienie. Im jest ono wyższe, tym wyższa staje się temperatura czynnika chłodzącego. W momencie przechodzenia przez sprężarkę ma on postać gazu. W takiej formie trafia do skraplacza, czyli do krętych rur z tyłu lodówki.
Czym jest chłodziwo?
Czynnikiem chłodzącym jest substancja, która paruje w niskich temperaturach. Dawniej wykorzystywano freony, jednak odkryto, że mają one wpływ na powiększanie się dziury ozonowej. Dziś stosuje się takie gazy, jak izobutan, mniej szkodliwe związki freonowe i inne czynniki o mniejszym wpływie na środowisko.
Kontakt z chłodniejszym powietrzem na zewnątrz urządzenia sprawia, że gaz się schładza i przybiera postać cieczy. Aby schłodzić ją jeszcze bardziej, należy ograniczyć jej ciśnienie. Płyn przechodzi więc przez bardzo cienką rurkę zwaną kapilarą.
Zimne, płynne chłodziwo trafia do parownika. Tutaj, w warunkach niskiej temperatury i ciśnienia, zaczyna wrzeć. Zimny gaz, który wówczas powstaje, skutecznie pochłania ciepło z otoczenia, dlatego ten fragment obiegu znajduje się przy komorze na pożywienie.
Stopniowo ogrzewające się chłodziwo – wciąż w postaci gazu – jest kierowane do sprężarki, gdzie cały proces zaczyna się od nowa. Sprężarka pompuje gaz i zwiększa jego ciśnienie. Substancja rozgrzewa się, a w skraplaczu wytraca temperaturę. W parowniku zmienia się w pochłaniający ciepło gaz i rusza w stronę sprężarki, et cetera.
Dlaczego lodówka włącza się i wyłącza na przemian?
Czy kiedykolwiek przestraszyło cię nagłe „włączenie się” lodówki? Zastanawiałeś się, dlaczego urządzenie nie pracuje stale, tylko załącza się co kilkanaście minut?
Hałas oznacza, że sprężarka zaczęła pracę. Zrobiła to, ponieważ czujnik termostatu zarejestrował wzrost temperatury w komorze. Zaczął się więc cały proces tłoczenia chłodziwa, dzięki któremu wewnątrz lodówki jest zimno.
Czy są lodówki, które działają inaczej?
Dawniej wykorzystywane były lodówki absorpcyjne. Także korzystają one z czynnika chłodzącego – amoniaku – ale nie potrzebują sprężarki, dzięki czemu pracują ciszej. Dziś najmniejsze modele lodówek, a także lodówki turystyczne, to także urządzenia absorpcyjne. Nie chłodzą tak dobrze, jak chłodziarki sprężarkowe, ale mogą być mniejsze i lżejsze, i mają prostszą budowę.
W części zwanej desorberem grzałka podnosi temperaturę roztworu amoniaku z wodą, co rozpoczyna proces parowania. Amoniak oddziela się do wody i w postaci gazu trafia do skraplacza, gdzie schładza się i zmienia w ciecz. Następnie wędruje do parownika, gdzie przy kontakcie z wodorem ponownie zmienia się w gaz, pobierając tym samym ciepło z otoczenia. To powoduje obniżenie temperatury wewnątrz lodówki.
Wreszcie amoniak trafia do absorbera, czyli części, w której gaz jest pochłaniany przez wodę. Powstaje roztwór, który jest kierowany do desorbera, gdzie grzałka powoduje oddzielenie amoniaku od wody – i wszystko zaczyna się od nowa.
To nie koniec!
Istnieją jeszcze inne rodzaje chłodziarek. Lodówki magnetyczne manipulują polem magnetycznym wokół materiału, który reaguje zmianą temperatury. Lodówki termoakustyczne wykorzystują dźwięk, aby rozpocząć proces przenoszenia ciepła od wymiennika do wymiennika. Szansa, że masz w domu którekolwiek z tych urządzeń, jest jednak niewielka, a sposób działania na tyle skomplikowany, że można by mu poświęcić osobny artykuł. Na dziś więc wystarczy.
Być może do tematu lodówek jeszcze wrócimy – kiedy już przyjrzymy się zasadom działania innych sprzętów codziennego użytku. Co będzie, jeśli dziesięcioletni kuzyn zapyta cię, jak działa samochód czy pralka, a ty nie będziesz potrafił sensownie odpowiedzieć?