chłodziarka
 
Encyklopedia PWN
chłodziarka,
urządzenie do obniżania (lub utrzymania na stałym poziomie) temperatury materii zawartej w przestrzeni wyodrębnionej z otoczenia obudową izolacyjną;
materia ta składa się głównie z chłodzonej substancji (produkty żywnościowe, woda — tzw. lodowa — schłodzona do ok. 5°C, chłodziwa, powietrze w systemie klimatyzacyjnym i in. substancje, których produkcja albo przechowywanie wymaga niskich temperatur), a także ze wszystkiego, co ponadto znajduje się w tej przestrzeni: urządzeń do składowania, urządzeń transportowych, powietrza, części obudowy izolacyjnej; wyodrębnioną przestrzenią może być wnętrze chłodziarki domowej (lodówki, chłodni szafkowej), komora chłodnicza, przestrzeń ładunkowa samochodu chłodni, wnętrze klimatyzowanego lokalu lub samochodu, chłodnica wody lodowej, tafla lodu na sztucznym lodowisku. Obniżenie lub utrzymanie temperatury niższej od otoczenia jest możliwe dzięki odprowadzeniu ciepła z wyodrębnionej przestrzeni i oddaniu go do otoczenia. Ilość odprowadzanego ciepła zależy głównie od pojemności cieplnej chłodzonej substancji (i in. elementów w wyodrębnionej przestrzeni).
Zgodnie z II zasadą termodynamiki, aby zrealizować odprowadzanie ciepła od materii o temperaturze niższej od otoczenia, konieczne jest doprowadzenie pracy. Każdy sposób chłodzenia w chłodziarce wymaga: 1) zastosowania substancji roboczej lub urządzenia, które może pobrać ciepło przy niższej temperaturze, a po pobraniu pracy oddać je przy temperaturze wyższej; 2) dysponowania odpowiednimi aparatami stwarzającymi niezbędne warunki do wymiany ciepła i pracy; ciąg tych aparatów tworzy instalację, która, oprócz funkcji wymiany ciepła i pracy, oddziela substancję roboczą od otoczenia. Najczęściej stosuje się substancję roboczą ściśliwą (gaz lub parę) umożliwiającą pobór pracy przy sprężaniu; zastosowanie pary jest korzystniejsze, gdyż umożliwia przemianę fazową (parowanie–skraplanie) w instalacji, co tworzy lepsze warunki do wymiany ciepła, a przede wszystkim ułatwia rozprężanie substancji przy przepływie z obszaru o wyższym ciśnieniu do obszaru o ciśnieniu niższym; temu spadkowi ciśnienia musi towarzyszyć spadek temperatury. W przypadku użycia jako substancji roboczej gazu, rozprężanie jest możliwe tylko przy zastosowaniu rozprężarki, która uzyskaną z rozprężania pracę przekazuje do napędu sprężarki (odciążając silnik elektryczny); w przypadku użycia pary rozprężanie przebiega w układzie dwufazowym i spadek temperatury substancji roboczej można uzyskać nie tylko w rozprężarce (stosowanej w dużych instalacjach), ale także przez dławienie przy przepływie przez zawór dławiący, albo, w jeszcze w mniejszych urządzeniach — przez kapilarę (kapilarne zjawiska); zastosowanie kapilary pozwoliło na miniaturyzację chłodziarki i zbudowanie chłodziarki domowej. Jako substancji roboczej używa się zarówno cieczy, jak i pary (substancje jednoskładnikowe dwufazowe; chłodniczy czynnik), gazu natomiast — bardzo rzadko (np. powietrza w instalacjach klimatyzacyjnych samolotów); powszechnie są stosowane substancje robocze występujące w chłodziarkach. W niektórych chłodziarkach taką samą funkcję jak para albo gaz pełni termoelement (termoogniwo): podczas przepływu prądu przez termoelement (pobieranie pracy) występuje zjawisko Peltiera, jedna spoina pobiera ciepło przy niższej temperaturze, a druga przy wyższej i przekazuje je do otoczenia.
W chłodziarkach z czynnikiem chłodniczym podlegającym przemianom fazowym jego właściwości powodują, że ulega on przemianie fazowej (paruje lub skrapla się) w temperaturze jednoznacznie odpowiadającej określonej wartości ciśnienia; czynnik chłodniczy krążąc wewnątrz ch., znajduje się najpierw w obszarze niskiego ciśnienia w parowniku i pobiera ciepło Qc w niskiej temperaturze, a następnie w obszarze wysokiego ciśnienia w skraplaczu skrapla się, oddając do otoczenia ciepło Qo przy wyższej temperaturze; utrzymanie różnicy ciśnień między tymi obszarami jest możliwe przy ciągłym dostarczaniu pracy L, a więc przy sprężaniu par; sprężanie to może być realizowane na 2 sposoby: za pomocą sprężarki mechanicznej, zwykle napędzanej silnikiem elektrycznym (chłodziarka sprężarkowa) lub, znacznie rzadziej, metodą sprężania sorpcyjnego (chłodziarka absorpcyjna), podobnie jak w sorpcyjnej pompie ciepła. W chłodziarkach sprężarkowych o dużej mocy (rzędu MW) są stosowane sprężarki wirnikowe, w chłodziarkach o średniej mocy (kilkaset kW) — sprężarki śrubowe lub tłokowe, a w małych chłodziarkach (o mocy kilkudziesięciu W) — tłokowe lub łopatkowe.
W chłodziarce termoelektrycznej wykorzystuje sie zjawisko Peltiera, które mogło zostać zastosowane w budowie chłodziarki dzięki rozpowszechnieniu półprzewodników; są także budowane chłodziarki termoelektryczne o niewielkich mocach i różnicy temperatur rzędu 30 K; kaskadowe połączenie termoelementów pozwala kilkakrotnie tę różnicę zwiększyć; dostarczanie (odbieranie) ciepła ze spoin ułatwia specjalna płytka miedziana; podczas przepływu prądu przez półprzewodnik wydziela się ciepło, a ponadto w poszczególnych częściach termoelementu ciepło przepływa od gorącej do zimnej spoiny w wyniku przewodnictwa. Niewielka moc chłodziarek termoelektrycznych (rzadko do kilkuset kW) sprawia, że ich zastosowanie jest ograniczone; ich zaletą jest możliwość daleko idącej miniaturyzacji; są stosowane m.in. jako przenośne chłodziarki samochodowe i w sondach medycznych umożliwiających wymrażanie chorych tkanek. Pierwsze chłodziarki skonstruowano w XIX w. (chłodnictwo).
Bibliografia
K. Brodowicz, T. Dyakowski Pompy ciepła, Warszawa 1990;
ASHRARE Handbook. Refrigeration, Atlanta 1998.
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia