Wie funktioniert eigentlich ein Kühlschrank?

14.06.2018 - Das Funktionsprinzip eines Kühlschranks kann man eigentlich mit einem Satz deutlich machen: Ein Kühlschrank entfernt die Wärme in seinem Innenraum und leitet sie an die Umgebung ab. Nur: wie macht er das? Um das zu verstehen, verfolgen wir einmal – ähnlich wie bei den Wäschetrocknern mit Wärmepumpe – den Weg des Kältemittels, ohne das unser […]

Das Funktionsprinzip eines Kühlschranks kann man eigentlich mit einem Satz deutlich machen:

Ein Kühlschrank entfernt die Wärme in seinem Innenraum und leitet sie an die Umgebung ab.

Nur: wie macht er das? Um das zu verstehen, verfolgen wir einmal – ähnlich wie bei den Wäschetrocknern mit Wärmepumpe – den Weg des Kältemittels, ohne das unser Kühlschrank nicht auskommen kann:

Das Kältemittel

Das Kältemittel ist eine spezielle Flüssigkeit, deren Siedepunkt bei etwa -30 °C liegt. Dieser Siedepunkt liegt also erheblich unter der Temperatur der Lebensmittel im Kühlschrank. Das Kältemittel wird der Wärme im Innenraum des Kühlschranks ausgesetzt, wodurch es verdampft und dabei die Wärme verringert.

Als Kältemittel dient heutzutage Isobutan, das im Bereich der Kühlschränke und Klimaanlagen unter der Bezeichnung R-600a eingesetzt wird. R-600a hat den Vorteil eines sehr niedrigen Treibhauseffekts, ist allerdings brennbar und wird deshalb im Kühlabteil in die Innen-Rückwand des Kühlschranks weitergeleitet.

Der Verdampfer

Im Kühlraum (genauer gesagt in der Rückwand des Kühlraums) befindet sich eine Rohrschlange, der sogenannte Verdampfer, in dem das Kältemittel der Wärme des Innenraums ausgesetzt ist. Wegen seines extrem niedrigen Siedepunktes verdampft hier das Kältemittel und strömt dann als Gas weiter zum Kompressor.

Das ist eigentlich schon der entscheidende Punkt in der Wirkungskette beim Kühlschrank: die Verdampfungswärme der Kühlmittelflüssigkeit ist genau diejenige Wärme, die den Lebensmitteln im Innenraum des Kühlschranks entzogen wird. Dort ist es also kälter geworden, und das verdampfte Kühlmittel muß nun, um wiederverwendet zu werden, auf irgendeine Weise in seinen ursprünglichen flüssigen Zustand übergeführt werden.

Der Kompressor und der Kondensator

Die Wiederverflüssigung des Kältemittels gelingt mit einem Trick: im Kompressor wird der Innendruck des inzwischen gasförmigen Kältemittels einfach erhöht, und zwar so weit, daß der Kondensations und Siedepunkt in die Nähe der normalen Zimmertemperatur rückt. Im Kondensator ( der dieser normalen Zimmertemperatur ausgesetzt ist) kondensiert nun das gasförmige Kältemittel, wird also wieder flüssig und gibt bei dieser Änderung seines Aggregatzustandes Wärme an seine Umgebung ab (vielleicht erinnert sich der eine oder andere noch an den Energieerhaltungssatz aus seiner Schulzeit: Energie geht nie verloren, sondern wird immer nur in eine andere Form verwandelt).

Die solchermaßen zurückgewonnene Kühlflüssigkeit kann nun wieder in das Rohrsystem im Innenraum des Kühlschranks geleitet werden. Aber: dies muß gesteuert werden, damit die Temperatur des Innenraums sich nicht zu sehr den -30 Grad der Kälteflüssigkeit annähert. Daher wird die Flüssigkeitsmenge, welche dem Verdampfer erneut zugeführt werden muss, durch ein Drosselventil reguliert. Erst wenn die Temperaturfühler melden, daß es im Innenraum zu warm wird, kann der ganze Prozeß fortgesetzt werden.


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