Aufbau und Funktionsweise des Kühlschranks

Fach Physik

Klasse 8

Autor Joker2017

Veröffentlicht am 08.08.2018

Schlagwörter

Kühlschrank

Zusammenfassung

Dieses Referat befasst sich mit dem Aufbau und der Funktionsweise von verschiedenen Kühlschranktypen (Kompressorkühlschrank, Absorberkühlschrank, thermoelektrischer Kühlschrank) . Es werden zudem die Vorteile und Nachteile der einzelnen Varianten erklärt.

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Bei einem Kühlschrank handelt es sich um ein in der Regel schrankförmiges, elektrisches Gerät, welches die Temperatur im Innenraum niedrig hält. Die Anwendungsbereiche des Kühlschrankes sind vielfältig. Sie werden vor allem für die Kühlung von verderblichen Lebensmitteln eingesetzt, finden aber auch in der Medizin, mit der Kühlung von Medikamenten und in der Chemie, mit der Kühlung von Chemikalien, ihre Verwendung.

Durch die geringe Temperatur, welche meistens bei ungefähr 8 Grad Celsius liegt, laufen chemische Reaktionen und auch biologische Prozesse, welche Lebensmittel verderben lassen, langsamer ab. Dies hat zur Folge, dass die Lebensmittel länger haltbar und somit genießbar bleiben.

Die Betriebstemperatur im Inneren eines Kühlschranks kann variieren, meistens liegt sie jedoch zwischen 2 Grad Celsius und 8 Grad Celsius. Das Gehäuse eines Kühlschrankes ist wärmegedämmt, damit der Energieaufwand zum Erhalt der niedrigen Temperaturen, möglichst klein gehalten wird. Kühlschränke sind heutzutage in den meisten Haushalten zu finden und machen einen großen Anteil am Haushaltsstromverbrauch aus.

Es gibt verschiedene Arten von Kühlschranktypen, welche im Folgenden noch näher erklärt werden. Eine Gemeinsamkeit ist, dass bei allen Kühlschränken mit Hilfe von Wärmeübertragern dem Inneren des Kühlschranks Wärme entzogen und diese an die Umgebung abgegeben wird.

Kompressorkühlschrank

Der Kompressorkühlschrank ist der am meisten verbreitete Kühlschranktyp. Es wird ein gasförmiges Kühlmittel durch einen Kompressor adiabatisch verdichtet. Hierbei wird das Kühlmittel erwärmt. Auf der Rückseite des Kühlschranks befindet sich ein Verflüssiger. Dieser gibt die Wärme an die Umgebung ab. Das Medium kondensiert durch diesen Prozess. Anschließend strömt es, zur Senkung des Drucks, durch ein Expansionsventil oder Kapillarrohr, welches die Funktion einer Drossel einnimmt.

Danach gelangt es in den Verdampfer im Kühlschrankinneren. Das verdampfende Kühlmittel nimmt sich aus den Kühlfächern die benötigte Verdampfungswärme und strömt dann gasförmig weiter zum Kompressor. Der Kompressorkühlschrank funktioniert wie eine klassische Wärmepumpe. Die Temperaturregelung im Inneren des Kühlschranks erfolgt mit Hilfe von einem Thermostat, welches den Kompressor, je nach Bedarf einschaltet und wieder ausschaltet.

Absorberkühlschrank

Ein Absorberkühlschrank nutzt ein Wasser – Ammoniak – Gemisch. In dem Kocher des Kühlschranks werden das Ammoniak und das Wasser durch Wärmezufuhr in gasförmiges Ammoniak und flüssiges Wasser getrennt. Anschließend werden beide Teile über unterschiedliche Rohrleitungen weitertransportiert. Das immer noch gasförmige Ammoniak kondensiert im Kondensator des Kühlschranks durch Abkühlung.

Der Kühlschrank gibt dort auch die Wärme an die Umgebung ab. Anschließend fließt das nun flüssige Ammoniak in den Verdampfer im Inneren. Dort trifft es auf den Wasserstoff und verdampft aufgrund der niedrigen Partialdrucks. An dieser Stelle findet der Kühlprozess des Kühlschranks statt. Danach wird das jetzt wieder gasförmige Ammoniak im Absorber mit dem heruntergekühlten Wasser aus dem Kocher erneut in Lösung gesetzt.

Absorberkühlschränke existieren in verschiedenen Typen, Formen und Größen. Kleine Varianten werden beispielsweise beim Camping in Wohnmobilen oder Wohnwagen aber auch in Hotelzimmern genutzt. Absorberkühlschränke haben viele Vorteile aber auch diverse Nachteile. Ein großer Vorteil von Absorberkühlschränken ist, dass diese geräuschlos und vibrationslos sind und problemlos neben ihnen geschlafen werden kann. Dies ist aufgrund der zuvor genannten Anwendungsgebiete nötig. Darüber hinaus können Absorberkühlschränke auch mit Brenngasen, wie beispielsweise Propan betrieben werden. Bei Absorberkühlschränken gibt es keine Verschleißteile, was ebenfalls ein Vorteil dieses Kühlschranktyps ist.

Die Nachteile von Absorberkühlschränken sind deren schlechter Wirkungsgrad, welcher zu einem höheren Energieverbrauch führt sowie ein Leistungsabfall bei sommerlichen Temperaturen über 30 Grad Celsius. Darüber hinaus sind Absorberkühlschränke empfindlich gegenüber von Bewegung und Schräglage. Zu dem sind sie in der Regel im Einkauf deutlich teurer, als die weit verbreiteten Kompressorkühlschränke.

Thermoelektrischer Kühlschrank

Da immer öfter eine mobile Anwendung von Kühlschränken erforderlich ist, gibt es inzwischen Kühlboxen, welche nach dem thermoelektrischen Prinzip funktionieren. Diese können mit einer Gleichspannung von 12 Volt betrieben werden und daher auch im Auto genutzt werden. Ein Vorteil dieser Kühlboxen ist, dass diese fast geräuschlos arbeiten. Der große Nachteil von diesen Kühlboxen, ist der nur sehr geringe Wirkungsgrad. Daher kommt diese Art der Kühlung in der Regel ausschließlich bei mobilen Anwendungen und nicht in privaten Haushalten zum Einsatz.

Aufbau eines klassischen Kühlschranks

Ein klassischer Kühlschrank hat ein Volumen von ungefähr 150 Litern und ein Gewicht von etwa 40 Kilogramm. Hat der Kühlschrank zusätzlich ein Gefrierfach, handelt es sich um eine Kühl – Gefrier – Kombination. Eine klassische Kühl – Gefrier – Kombination hat ein Volumen von ungefähr 250 Litern und ein Gewicht von zirka 65 Kilogramm. Es gibt beide Varianten jedoch in zahlreichen unterschiedlichen Sondergrößen.

Es gibt auch unterschiedliche Raumaufteilungen im Inneren der Kühlschränke. Am weitesten verbreitet ist hierbei die Variante mit einer komplett über beide Elemente reichenden Außentür und einer kleinen Innentür über dem Gefrierfach, welches sich im oberen Teil des Kühlschranks befindet. Das Gefrierfach nimmt den deutlich kleineren Anteil im Kühlschrank ein. Es hat meistens ein Volumen von ungefähr 20 Litern, während das Kühlfach auch bis zu 250 Liter groß (oder bei Gastronomiekühlschränken auch größer) sein kann.

Klassische Kühl – Gefrierkombinationen hingegen, haben getrennte Türen für das Gefrierfach und das Kühlfach. Der Vorteil hierbei liegt bei einem geringeren Wärmeverlust, da das Kühlfach geschlossen bleibt, wenn etwas aus dem Gefrierfach entnommen wird.