Як холодильник охолоджує продукти: Фізика холодильного циклу
Ваш кухонний холодильник не створює холоду чарівним чином. Він працює за безперервним циклом, відбираючи тепло з ваших залишків їжі і викидаючи його в повітря на кухні. Цей процес заснований на конкретній послідовності фізичних змін, відомої як холодильний цикл. Розуміння того, як це працює, допомагає пояснити, чому задня стінка пристрою нагрівається, чому він гуде та чому певні хімічні речовини використовуються всередині корпусу, тоді як інші заборонені.
Стиснення газу
Процес починається з компресора. Цей двигун перекачує холодоагент, у нашому прикладі це чистий аміак. Аміак має температуру кипіння -27 градусів за Фаренгейтом, що робить його ефективним охолоджувачем. Коли компресор стискає газоподібний аміак, він змушує молекули зближуватись. Цей стиск генерує значну кількість тепла. Газ, що виходить із компресора, гарячий і знаходиться під високим тиском. Можна вважати цей крок двигуном усієї системи охолодження.
Виділення тепла через конденсаторні змійовики
Цей гарячий газ під високим тиском надходить у конденсаторні змійовики. Це чорні решетоподібні трубки, які часто видно на задній або нижній частині холодильника. У міру проходження газу через ці змійовики він віддає надмірне тепло навколишньому повітрю кімнати. Втративши тепло, стан аміаку змінюється. Він конденсується із газу назад у рідину. Ця темно-синя рідина залишається під високим тиском, але тепер вона значно холодніша, ніж при виході з компресора.
Падіння тиску
Потім рідкий аміак рухається до розширювального клапана. Ви можете уявити цей клапан як крихітний вузький отвір. З одного боку отвору знаходиться рідина під високим тиском. З іншого боку, тиск різко знижується, оскільки компресор активно відкачує газ з цієї ділянки. Коли рідина проходить через звуження, вона відчуває негайне і різке падіння тиску.
Випаровування та охолодження
Це раптове зниження тиску змушує рідкий аміак миттєво закипати. Він випаровується, перетворюючись на газ, і в нашій візуальній моделі стає світло-блакитним. Саме у цій фазі відбувається охолодження. Для кипіння потрібна енергія, і аміак витягує цю теплову енергію зі свого безпосереднього оточення – із внутрішнього простору вашого холодильника. Температура газоподібного аміаку падає до -27 градусів за Фаренгейтом, оскільки він поглинає тепло від повітря та продуктів усередині відсіку.
Цикл повторюється
Холодний газоподібний аміак під низьким тиском знову всмоктується в компресор. Компресор бере цей холодний газ, стискає його і весь цикл починається заново. Це безперервний рух холодоагенту через стадії стиснення, конденсації, розширення і випаровування є тим, що запобігає псуванню ваших продуктів, що швидко псуються.
Якщо ви коли-небудь вимикали двигун автомобіля, поки кондиціонер все ще працював на повну потужність, ви, можливо, чули характерний шиплячий звук з-під капота. Цей шум – звук того, як рідкий холодоагент під високим тиском спрямовується через розширювальний клапан, так само, як описано вище.
Безпека та еволюція хімічних речовин
Чистий аміак працює неймовірно добре, але він є високотоксичним для людини. Витік у побутовому приладі був би небезпечним. Тому сучасні побутові холодильники не використовують чистий аміак. Натомість вони покладаються на синтетичні холодоагенти.
У 1930-х роках компанія DuPont розробила ХФУ (хлорфторвуглеці) як більш безпечну альтернативу. ХФУ-12, або дихлордифторметан, імітує багато властивостей аміаку, включаючи схожу температуру кипіння, але нетоксичний для людей. Це зробило його ідеальним для кухонних приладів. Великі промислові об’єкти, де вентиляція контролюється, а робітники навчені, як і раніше, використовують
