Rodzaje urządzeń chłodniczych

Lodówki sprężarkowe, absorbcyjne i termoelektryczne to najpopularniejsze typy chłodziarek. Innowacyjne urządzenia tego typu wykorzystują w produkcji chłodu zjawiska magnetyczne i termoakustyczne. Jaka jest zasada ich działania i gdzie poszczególne technologie sprawdzają się najlepiej?

Chłód z maszyny

Podstawową funkcją urządzeń chłodniczych jest obniżenie temperatury danego środowiska. Pierwsze takie wynalazki pojawiły się w XIX wieku. Dziś znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach życia: wykorzystywane są w gospodarstwach domowych, przemyśle, handlu oraz np. laboratoriach badawczych. Służą przede wszystkim do przechowywania w niskiej temperaturze produktów, które mogą łatwo ulec zepsuciu, a także do utrzymywania optymalnych warunków w pomieszczeniach, w których przebywają ludzie lub pracują specjalistyczny maszyny. Ich najpopularniejsze odmiany to znane wszystkim lodówki i zamrażarki, a także chłodnie i klimatyzatory.

Urządzenia chłodnicze i ich rodzaje

Na rynku dostępnych jest bardzo wiele typów urządzeń chłodniczych. Wśród nich są maszyny służące do przechowywania produktów w temperaturze od 0°C do 15°C, a także urządzenia mroźnicze, których zadaniem jest utrzymywania temperatury poniżej 0°C. Mogą różnić się rodzajem czynnika poddawanego chłodzeniu (np. powietrze, woda lub inne chłodziwo), a także technologią jego rozprowadzania (dynamiczny lub statyczny układ chłodzenia). Do tego dostępne są w wielu różnych formach: szaf, regałów, skrzyń i stołów. Ich przemysłową odmianą są wielkopowierzchniowe urządzenia chłodnicze magazynowe.

Maszyny chłodzące różnią się też technologią działania — poniżej prezentujemy najpopularniejsze systemy.

Jak działa chłodziarka sprężarkowa?

Za obniżanie temperatury w większości lodówek odpowiedzialne są sprężarkowe układy chłodnicze - to urządzenia wyposażone w ten system działają najczęściej w naszych domach. Wyróżniają się sporą wydajnością przy niewielkim zużyciu energii elektrycznej i są stosunkowo łatwe w produkcji. Ze względu na sporą ilość elementów ruchomych mają jednak ograniczony okres eksploatacji. Starsze urządzenia tego typu mogą też generować znaczny hałas.

Jak działa chłodziarka sprężarkowa? Ta technologia wykorzystuje zjawiska fizyczne polegające na podwyższaniu i obniżaniu temperatury podczas sprężania i rozprężania gazu. Cały proces rozpoczyna się w parowniku, w którym czynnik termodynamiczny przechodzi ze stanu ciekłego w gazowy — obniża wówczas swoją temperaturę, odbierając tym samym ciepło z wnętrza chłodziarki. Następnie jest zasysany przez sprężarkę, w której zwiększa swoje ciśnienie oraz temperaturę — dzięki temu jest w stanie oddać zgromadzone ciepło do otoczenia. Dzieje się to w skraplaczu, w którym czynnik ponownie przechodzi ze stanu gazowego w ciekły. Potem zostaje rozprężony i trafia do parownika, w którym cały proces rozpoczyna się od nowa.

Chłodziarka absorbcyjna — działanie i zastosowanie

Inne popularne urządzenie chłodnicze to lodówka absorpcyjna. Zasada działania tego typu maszyn jest bardziej skomplikowana niż w przypadku lodówek z kompresorem. Warto jednak wiedzieć, że to właśnie ta technologia chłodzenia została opracowana jako pierwsza. W procesie wykorzystywana jest mieszanina kilku substancji — amoniaku, wodoru i wody. Główny element urządzenia chłodniczego to tzw. warnik, który podgrzewa czynnik chłodzący, zamieniając go w stan gazowy. Specjalne właściwości fizyczne amoniaku, który reaguje z innymi substancjami, sprawiają, że ciepło jest sprawnie odprowadzane na zewnątrz.

W przeciwieństwie do lodówek sprężarkowych chłodziarki absorpcyjne pozbawione są ruchomych elementów — dzięki temu są niezawodne, odporne na wstrząsy, a do tego pracują ciszej. Do działania wymagają źródła ciepła, które może być wytworzone zarówno przez grzałkę elektryczną, jak i palnik gazowy. Niektóre modele mogą działać bez dostępu do sieci elektrycznej. Inne można podłączyć do gniazdka 230 V lub źródeł 12 V i 24 V — sprawia to, że są bardzo popularne w zastosowaniach turystycznych (np. w kamperach). Główna wada tego typu urządzeń to stosunkowo niska efektywność energetyczna.

Chłodziarka termoelektryczna — zastosowanie i działanie

Trzecim powszechnie stosowanym typem lodówek są chłodziarki termoelektryczne. Do odprowadzania ciepła wykorzystuje się tutaj efekt Peltiera — zjawisko polegające na pochłanianiu energii na jednym złączu elektrycznym i wydzielaniu jej na drugim. Lodówki z takim systemem wyposażone są w ceramiczno-półprzewodnikowe ogniwa z wydajnymi radiatorami. Niekiedy efekt wspomagany jest pracą wentylatorów, które ułatwiają obniżanie temperatury promiennika oraz rozprowadzanie chłodu wewnątrz chłodziarki.

Lodówki termoelektryczne wyróżniają się prostą konstrukcją i wysoką trwałością — podobnie jak urządzenia absorpcyjne pozbawione są ruchomych elementów. Zwarta budowa sprawia, że sprawdzają się jako chłodziarki turystyczne - to właśnie tę technologię wykorzystuje się w niewielkich przenośnych lodówkach w formie walizek. Takie urządzenia mają jednak bardzo niską efektywność — do sprawnego działania potrzebują dużych ilości energii.

Chłodny powiew przyszłości — chłodziarka magnetyczna i termoakustyczna

Technologie systemów chłodzenia wciąż się rozwijają. Dużą nadzieją są chłodziarki magnetyczne, które jak dotąd nie trafiły jeszcze do masowej produkcji. Wykorzystują znany od dziesięcioleci efekt magnetokaloryczny. Na czym on polega? Najprościej mówiąc - na gwałtownym obniżeniu temperatury materiału podczas przejścia przez zmienne pole magnetyczne. Technologia działa bez stosowania szkodliwych gazów czy elementów mechanicznych — jest ekologiczna, energooszczędna i bardzo wydajna. Do tego może obniżyć temperaturę do bardzo niskich wartości (bliskich zeru absolutnemu).

Inną rozwijającą się technologią chłodzenia jest system wykorzystujący zjawisko termoakustyczne. Polega ono na transportowaniu ciepła za pomocą fali dźwiękowej. Chłodziarka termoakustyczna ma prostą konstrukcję. To pompa ciepła składająca się z kanału akustycznego, wzbudnika oraz wymienników ciepła. Pozbawiona jest ruchomych elementów i umożliwia wykorzystanie nietoksycznych substancji. Na rynku dostępne są już pierwsze urządzenia tego typu, które znajdują zastosowanie w przemyśle.