Funktionsweise eines Haushaltskühlschrankes

Funktionsweise eines Haushaltskühlschrankes

von Söhnke Hochmuth

In meinem Bericht vom November 2011 bin ich schon grob auf Funktionsprinzip einer Kompressionskältemaschine im allgemeinen eingegangen. In diesem Bericht möchte ich nun erklären, wie dieses Prinzip auch in einem normalen Haushaltskühlschrank Anwendung findet.
Die Entstehung von Kälte in einem normalen Kühlschrank ist auch den vier elementaren Bauteilen einer Kältemaschine zu verdanken: Verdichter, Verflüssiger, Drosselorgan und Verdampfer.

Den Verdichter kann man sich wie eine Luftpumpe vorstellen, die das gasförmige Kältemittel ansaugt und durch das Pumpen verdichtet. Da niemand bei seinem Kühlschrank ständig eine Luftpumpe betätigen möchte, wird diese von einem Elektromotor betrieben. Dieser Verdichter bildet in jeder Kälteanlage das Herzstück. Kann er in großen anlagen bis zu zehn Megawatt Leistungsaufnahme haben, so Verbraucht ein normaler Kühlschrank normalerweise deutlich unter 500 Watt. Die Verdichter, die bei Kühlschränken verbaut werden sind in der Regel vollhermetisch. Das heißt, der Elektromotor und die "Pumpe" befinden sich in einer zugeschweißten und somit komplett abgedichteten Kapsel. Sie arbeiten mit dem gleichen Öl zur Schmierung und Kühlung.

Das Funktionsprinzip eines Kühlschranks,
Quelle: www.danfoss.com

Dieser Verdichter besitzt einen Eingangs- und einen Austrittsstutzen, über die er mithilfe von Rohrleitungen mit den anderen Bauteilen verbunden ist. Über den Eingangsstutzen saugt der Verdichter gasförmiges Kältemittel an, weshalb diese Leitung auch Saugleitung genannt wird. Das Kältemittel wird nun verdichtet. Hierdurch steigt nicht nur der Druck des Gases, sondern auch seine Temperatur. Deshalb wird es an dieser Stelle des Kältekreises auch Heißgas genannt.
Das Heißgas gelangt nun in den Verflüssiger. Im Gegensatz zu aufwendigeren Bauformen besteht der Verflüssiger beim Kühlschrank lediglich um ein schlangenförmig an der Rückseite des Kühlschrankes angebrachtes Rohr. Durch den hohen Druck des Kältemittels steigt auch sein Siedepunkt. Gelangt es nun in die Rohranordnung, so kühlt es ab, indem es Wärmeenergie an die Umgebung des Kühlschrankes abgibt. Dadurch kondensiert das Kältemittel, d.h. es wird flüssig. Deshalb fühlen sich die Rohrschlangen am Kühlschrank warm an, während die Maschine arbeitet.

Das Kältemittel durchfließt nun den Trockner. Den Trockner kann man sich wie einen Schwamm oder Filter vorstellen. Er besteht aus einem festen Stoff, der vom Kältemittel durchflossen wird. Feuchtigkeit (d.h. Wasser) und Verschmutzungen setzten sich jedoch in diesem Feststoff ab, sodass sie die Anlage nicht mehr durch Verdreckung oder Oxydation (Rost) beschädigen oder sogar zerstören können. Der Trockner, der bei einem Kühlschrank verwendet wird, befindet sich in einem kleinen stiftförmigen Gehäuse, das Sie vielleicht am Verflüssiger ihres Kühlschrankes sehen können. Nach dieser Reinigung der Flüssigkeit beginnt der Prozess, der den Kühlschrank erst zu einem solchen macht: das Kältemittel wird durch eine Verjüngung in den Verdampfer eingespritzt. Diese Verjüngung ist bei einem Kühlschrank normalerweise nur ein dünnes Kapillarrohr, das genau auf die Kälteleistung der Anlage ausgelegt ist. Der Verdampfer ist oft nur eine Rohranordnung, ähnlich der des Verflüssigers, die in der Hinterwand des Kühlschrankes so platziert ist, dass ein möglichst guter Wärmeaustausch mit dem Kühlraum möglich ist.
Durch den Druckverlust, den das Kältemittel erfährt, wenn es durch die Verjüngung eingespritzt wird, sinkt sein Siedepunkt stark unter die Temperatur des Kühlraumes. Der Kühlraum gibt nun Wärmeenergie an das Kältemittel ab, wodurch es im Kühlschrank kalt wird und das Kältemittel Verdampft. Das Kältemittel wird nun wieder vom Verdichter angesaugt und durchläuft den gleichen Prozess immer wieder.

Natürlich haben die Lebensmittel im Kühlschrank auch irgendwann ihre Temperatur erreicht. Deshalb kann man den Kühlschrank gewöhnlich innen mit einem Termostaten auf eine bestimmte Temperatur einstellen. Hat der Kühlraum nun die eingestellte Temperatur erreicht, so wird die Anlage automatisch abgeschaltet. Wird der Raum wieder wärmer, so schaltet die Anlage ab einem bestimmten Punkt wieder ein. Deshalb kann man es auch hören, dass ein Kühlschrank nicht immer arbeitet, sondern nur in ungefähr gleichmäßigen Abständen kühlt.