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Wie funktioniert ein Kühlschrank?

Funktionsweise 

 

Kühlkreislauf im Kompressorkühlschrank – A: Küche, B: Innen, I: Wärmedämmung, 1: Kondensator (Verflüssiger, warme Seite, hoher Druck), 2: Drossel (Kältemittel flüssig), 3: Verdampfer (kalte Seite, geringer Druck), 4: Kompressor (Kältemittel gasförmig)

Bei allen Kühlschranktypen wird mittels Wärmeübertragern dem Innenraum des Kühlschranks Wärme entzogen und an die Umgebung abgegeben (siehe Kältemaschine und Wärmepumpe). Nach der Art, mit der dies erreicht wird, unterscheidet man drei Typen: Kompressorkühlschränke, Absorberkühlschränke und Kühlschränke mit Peltier-Element.

Kompressorkühlschrank 

 

Auf diesem Prinzip basieren die in Haushalt und Industrie üblicherweise verwendeten Kühlanlagen: Beim Kompressorkühlschrank wird ein gasförmiges Kältemittel durch einen Kompressor adiabatisch (ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung) verdichtet, wodurch sich das Kältemittel erwärmt. Im Verflüssiger, der aus schwarzen Kühlschlangen besteht und an der Rückseite des Geräts angebracht ist, wird die Wärme an die Umgebung abgegeben, wodurch das Medium kondensiert. Danach strömt es zur Druckabsenkung durch eine Drossel – z. B. ein Expansionsventil oder ein Kapillarrohr – und dann weiter in den Verdampfer im Inneren des Kühlschranks. Hier entnimmt das verdampfende Kältemittel aus den Kühlfächern die notwendige Verdampfungswärme (Siedekühlung) und strömt als Gas weiter zum außenliegenden Kompressor. Ein Kompressorkühlschrank entspricht in der Funktion fast einer Wärmepumpe, er unterscheidet sich lediglich in der Nutzung der Wärmeübertrager. Die Temperaturregelung erfolgt mit einem Thermostaten, der den Kompressor je nach gewünschter Temperatur ein- bzw. ausschaltet.

Absorberkühlschrank 

 

Minikühlschrank

Der Absorberkühlschrank arbeitet mit einem Wasser-Ammoniak-Gemisch. Im Kocher werden Ammoniak und Wasser durch Wärmezufuhr (Gasflamme, elektrische Beheizung, Sonnenwärme, ...) getrennt. Danach werden das flüssige Wasser und das gasförmige Ammoniak über verschiedene Rohrsysteme weitergeleitet. Das Ammoniak wird im Kondensator verflüssigt; hier gibt der Kühlschrank Wärme an die Umgebung ab. Ein Verdampfer im Innenraum macht es wieder gasförmig – an dieser Stelle kühlt der Kühlschrank. Anschließend wird das Ammoniak im Absorber mit dem Wasser zusammengeführt. Eine ausführliche Funktionsbeschreibung findet sich im Artikel der Diffusionsabsorptionskältemaschine. Absorberkühlschränke werden z. B. in Kraftfahrzeugen oder im Campingbedarf eingesetzt. Sie haben, zumindest bei Elektrobetrieb, einen schlechteren Wirkungsgrad als Kompressorkühlschränke. Werden sie direkt mit Gas oder Motorabwärme betrieben, sind sie durch die direkte Nutzung von Primärenergie etwa gleich effektiv wie Kompressorgeräte. Da sie außer der Arbeitsflüssigkeit keine bewegten Teile besitzen, sind sie praktisch lautlos; diese Eigenschaft verschafft ihnen ein breites Anwendungsgebiet z. B. als Minibar in Hotelzimmern. Für den Einsatz in besonders entlegenen Gebieten gibt es auch Absorberkühlschränke mit Petroleumbetrieb.

Thermoelektrischer Kühlschrank

Zur mobilen Anwendung werden seit Jahren verbreitet Kühlboxen nach dem thermoelektrischen Prinzip (Peltier-Effekt) angeboten. Sie arbeiten direkt mit 12 V Gleichspannung und sind daher ideal für den Einsatz im Auto. Außerdem arbeiten sie prinzipiell völlig geräuschlos, werden aber in der Regel durch Lüfter unterstützt, die einen gewissen Geräuschpegel erzeugen. Die Vorteile werden jedoch durch einen extrem schlechten Wirkungsgrad erkauft: Während ein Kompressorkühlschrank zur Übertragung von 1 Watt „Kühlleistung“ ungefähr 0,5 Watt verbraucht, benötigt ein Peltierelement für den gleichen Energietransport über 2 Watt. Ein Einsatz dieser Geräte im Haushalt ist daher energietechnisch nicht sinnvoll.

Aufbau

Verschiedene freistehende Kühl- Gefrierkombinationsschränke

Ein typischer Tisch-Kühlschrank (Standmodell) hat ca. 150 Liter Inhalt und wiegt ca. 40 kg. Eine Kühl-/Gefrier-Kombination hat ca. 250 Liter Inhalt und wiegt etwa 65 kg.
Es existieren verschiedene Raumaufteilungen für Kühlschränke. Am bekanntesten und am gebräuchlichsten ist dabei die Variante mit einer großen Außentür und einer inneren Klappe zum Gefrierabteil im oberen Bereich. Das Gefrierabteil besitzt meist ein Fassungsvermögen von maximal 20 Litern, das Kühlabteil kann Größen bis zu 250 Litern (evtl. größer) annehmen.
Andere Varianten verfügen über getrennte Türen für Kühl- und Gefrierfach. Sie werden als Kühl-/Gefrierkombination bezeichnet. Die Abteile können übereinander oder auch nebeneinander liegen; letztere Version ist vor allem in den USA sehr populär und verfügt meist über einen integrierten Eiswürfelbereiter und optional über eine zusätzliche Getränkeklappe in der großen Tür des Kühlsegments. Ein solcher „Side-by-side“-Kühlschrank – auch amerikanischer Kühlschrank genannt – kann mehr als 500 Liter (Kühlteil etwa 350 Liter, Gefrierteil etwa 150 Liter) aufnehmen.
Größere Varianten verfügen beispielsweise über eine Doppeltür zum obenliegenden Kühlbereich und unten über eine sehr breite Schublade für das Gefriersegment. Diese Varianten werden französischer Kühlschrank genannt.