Wie funktioniert ein Gefrierschrank?
Kälte durch Verdunstung
Wenn Flüssigkeit verdunstet, erzeugt sie Kälte (= Verdunstungskälte). Dieses physikalische Phänomen nutzt man in einem Gefrierschrank oder auch Kühlschrank. Verdunstungskälte kann man zum Beispiel auch spüren, wenn man nach dem Bad in einem See wieder an Land geht. Häufig friert man dann, obwohl die Luft eigentlich schön warm ist, jedenfalls wärmer als das Wasser des Sees. Hierfür ist dasselbe physikalische Prinzip verantwortlich: Die Feuchtigkeit auf der Haut verdunstet und dabei entsteht Kälte.
Zwei Tricks
Um Verdunstungskälte von minus 18 °C und weniger in einem Gefrierschrank zu erzeugen, wenden die Hersteller hauptsächlich zwei physikalische Tricks an:
Sie verwenden kein Wasser, sondern eine spezielle Flüssigkeit, ein so genanntes Kältemittel. Diese Flüssigkeit verdunstet schon bei minus 30 °C.
Wenn man den Druck einer Flüssigkeit erhöht, verdunstet sie erst bei einer höheren Temperatur.
Weshalb das wichtig ist, wird im folgenden Abschnitt deutlich.
Der Kühlkreislauf
Das Funktionsprinzip eines Gefrierschranks besteht darin, dass ein Kältemittel die Wärme des Gefrierguts aus dem Innenraum des Gefrierschranks nach außen an die Umgebungsluft transportiert.
Für die Funktion eines Gefrierschranks sind im Wesentlichen folgende Bestandteile verantwortlich:
Wie funktioniert ein Gefrierschrank?
- Isolierung
- Thermostat
- Verdampfer (Rohrschlange im Inneren des Gefrierschranks)
- Verflüssiger (Rohrschlange auf der Rückseite des Gefrierschranks)
- Kältemittel
- Drosselventil
- Kompressor
Das Kältemittel durchläuft folgenden Kühlkreislauf (vereinfacht):
Im Verdampfer nimmt das Kältemittel die Wärme auf. Das eigentlich flüssige Kältemittel verdampft bzw. verdunstet hierbei. Das heißt, das Kältemittel wird gasförmig.
Der Kompressor pumpt das Kältemittel-Gas in den Verflüssiger. Dabei wird der Druck des Kältemittels erhöht.
Im Verflüssiger gibt das Kältemittel-Gas die Wärme an die Umgebungsluft ab. Deshalb und wegen des erhöhten Drucks wird das Kältemittel wieder flüssig.
Das flüssige Kältemittel strömt durch das Drosselventil in den Verdampfer. Im Drosselventil wird der Druck des Kältemittels wieder gesenkt.
Im Verdampfer beginnt der Kühlkreislauf von vorn.
Wenn die gewünschte Gefriertemperatur erreicht ist, schaltet der Thermostat den Kompressor ab. Die Kälte wird dann eine Zeit lang von der Isolierung gehalten. Wenn die Temperatur ansteigt, schaltet der Thermostat den Kompressor wieder an und der Kühlkreislauf beginnt erneut.
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