یخچال چگونه کار میکند؟ (آشنایی با طرز کار و قطعات یخچال)

آیا تا به حال به این فکر کرده‌اید که یخچالتان چگونه مواد را خنک نگه می‌دارد؟ یخچال ها به عنوان اصلی‌ترین ابزار بشر برای حفظ، نگهداری و جلوگیری از فاسد شدن مواد غذایی به شمار می‌روند. یخچال فریزر از اختراعاتی بود که نحوه زندگی‌ها را کاملا تغییر داد و این امکان را برای همه فراهم کرد که برای روزها غذای خود را حفظ کنند. تقریبا از اوایل قرن بیستم استفاده از یخچال ها در زندگی روزمره به تدریج گسترش پیدا کرد و هم اکنون تعداد خانه هایی که روی کره زمین یخچال ندارند به زیر یک درصد رسیده است. دمای سرد داخل یخچال باعث کندی روند رشد باکتری ها در مواد غذایی می شود و بنابراین غذا برای مدت بیشتری حفظ می‌شود. یخچال فریزر برای انتقال گرما از داخل به خارج کار می‌کند، به همین دلیل اگر دست خود را در قسمت پشتی یخچال، در نزدیکی لوله‌های فلزی، قرار دهید احساس گرمی می‌کنید. اما دقیقاً چطور داخل یخچال و فریزر سرد باقی می‌ماند؟ نحوه کار یخچال فارغ از اصطلاحات تخصصی آن، ساده و قابل درک است. با ما همراه باشید تا با بیانی آسان، از فرایند های درون این عضو جدایی‌ناپذیر از زندگی‌هایمان، باخبر شویم. قبل از اینکه با اجزاء و قطعات یخچال آشنا شویم، نگاهی به اصول کار کردن یخچال بیندازیم.

اصول چرخه خنک‌کنندگی یخچال

اصول کار یخچال (به طور کلی یخچال و فریزر) بسیار ساده است؛ این کار مستلزم از بین بردن گرمای یک منطقه و انتقال آن به منطقه دیگر است، جالب است بدانید اصول کار یخچال ها بر مبنای قانون دوم ترمودینامیک است. چرخه‌ی ترمودینامیکی، چرخه‌ی بسته‌ای است که ماده‌ای تحت فرآیند‌های مختلف قرار می‌گیرد و سپس به حالت اولیه باز‌می‌گردد. یخچال ها با ایجاد گردش مبرد در داخل آنها کار می‌ کنند تا مبرد از مایع به گاز تبدیل شود. این فرآیند که تبخیر نام دارد، محیط اطراف را خنک می کند و اثر مطلوبی ایجاد می کند و باعث ماندگاری مواد غذایی در فضای یخچال می‌شود.

برای شروع فرآیند تبخیر و تغییر مبرد از مایع به گاز، باید فشار بر روی مبرد از طریق یک خروجی به نام لوله مویین کاهش یابد. برای ادامه فرایند کار یخچال فریزر، مبرد گاز باید به حالت مایع خود برگردد، بنابراین گاز مجددا تا فشار و درجه حرارت بیشتری فشرده می‌شود، این جایی است که کمپرسور یخچال وارد عمل می‌شود و مشابه پمپ دوچرخه عمل می‌کند. هر بار که کمپرسور یخچال کار خود را انجام می‌دهد، گاز باید داغ و تحت فشار زیاد باشد. حالا خازن که در قسمت پشتی یخچال نصب شده است، خنک می‌شود. هنگامی که گاز در داخل کندانسور که هنوز تحت فشار زیاد است خنک می‌شود، دوباره به مایع تغییر می‌کند. سپس مبرد مایع به اواپراتور برگشت داده می‌شود تا فرآیند در آن دوباره آغاز شود.

اجزاء و قطعات یخچال

یخچال از اجزای مختلفی همچون کمپرسور، کندانسور یا چگالنده (condenser)، شیر فشارشکن یا انبساط (Expansion devices)، تبخیر کننده و دیگر وسایل کمکی برای بهره‌برداری، از جمله: کنترل‌کننده‌ها، فیلتر‌ها و سیستم ضد یخ‌زدگی تشکیل می‌شود. هماهنگ کردن قطعات یخچال بر اساس نوع عملکردشان و الزامات مربوطه برای کار کردن مفید یخچال ضروری است.

۱- سیال یا مایع مبرد

مواد خنک‌کننده یا مبرد سیالاتی هستند که در یخچال تحت چرخه‌ی ترمودینامیکی قرار می‌گیرند و به حفظ دمای تبخیرکننده یا همان محیط داخلی یخچال کمک می‌نمایند. وقتی‌ که سیال مبرد وارد تبخیرکننده‌ می‌شود، گرما را از محیط یخچال می‌گیرد و تبدیل به بخار می‌شود. یکی از مراحل این فرآیند تغییر فاز است که اثر خنک‌سازی را به بیش‌ترین حد می‌رساند.

از شرایط یک سیال مبرد خوب می‌توان به غیرسمی بودن، خورنده نبودن، اشتعال‌ و انفجارناپذیری اشاره کرد. همچنین ویژگی این ماده باید طوری باشد که در صورت نشتی، آتش نگیرد.

۲- کمپرسور یخچال

کمپرسور، قلب یخچال است. مبرد را در کل سیستم به گردش می‌اندازد، به قسمت گرم مدار فشار می‌آورد و مبرد را گرم می‌کند.

در واقع همان طور که قلب خون را به سراسر بدن می‌فرستد؛ کمپرسور یخچال، سیال مبرد را در تمامی یخچال با افزایش فشار آن تنظیم و جاری می‌کند. به عبارت دیگر کمپرسورها وسایلی هستند که با صرف انرژی مکانیکی، سیال را با سرعت به درون خود می‌مکند و سپس آن را فشرده می‌سازند. در اثر این عملیات، دمای گازی که فشرده می‌شود نیز افزایش می‌یابد. معمولاً گاز پرفشار خروجی را از یک سیستم خنک‌کننده عبور می‌دهند تا دمای گاز دوباره به حد معمولی بازگردد. توجه داشته باشید که سیالی که وارد کمپرسور یخچال می‌شود یا از آن خارج می‌گردد باید در فاز گاز باشد تا به تجهیز آسیب نرسد.
صدایی که هنگام کارکردن یخچال می‌شنوید، کمپرسور است. ترموستات با خاموش و روشن کردن کمپرسور، دمای یخچال را کنترل می‌کند.

۳- کندانسور یا رادیاتور یخچال

به کمک کندانسور یخچال، مبرد خنک، و از گاز به مایع تبدیل می‌شود. کندانسور از یک مجموعه سیم پیچ لوله‌ای با باله های خارجی تشکیل شده و در قسمت پشت یخچال قرار دارد. با جذب گرمای یخچال و بیرون کشیدن آن به محیط، به مایع شدن مبرد گازی کمک می‌کند. با کاهش حرارت مبرد، دمای آن به دمای میعان کاهش می‌یابد و حالت خود را از بخار به مایع تغییر می‌دهد.

۴- تبخیرکننده (Evaporator) یخچال

اواپراتور در داخل یخچال قرار دارد و بخشی است که باعث سرد شدن مواد درون یخچال می‌شود. سیال مبرد از فشارشکن با دما و فشار پایین به تبخیرکننده وارد می‌گردد. در تبخیرکننده این ماده در لوله‌های خنک‌کننده جاری و گرمای محیط یخچال توسط این ماده جذب می‌شود. سپس براثر جذب گرمای محیط دمای سیال مبرد افزایش می‌یابد و این ماده تبدیل به بخار می‌گردد. بخار تولیدی برای تکمیل چرخه به کمپرسور انتقال می‌یابد. در حقیقت تبخیرکننده مبدلی حرارتی است که بین فضای یخچال و لوله‌های خنک‌کننده قرار دارد.

۵- فشارشکن (Expansion Device) یخچال

شیر انبساط که به آن «دستگاه کنترل‌کننده جریان» و «دریچه اختناق» هم گفته می‌شود، جریان مایع مبرد یا همان مایع خنک‌کننده را کنترل می‌کند.
کار اصلی فشارشکن در سیستم خنک‌سازی کاهش فشار ماده واسط تعریف می‌گردد. سیال مبرد که از کندانسور وارد و به تبخیر کننده می‌رود، فشارشکن، میزان عبور جریان سیال مبرد را به تبخیر کننده تنظیم می‌کند.
یکی دیگر از وظایف فشارشکن این است که مقدار ماده ورودی را به‌اندازه میزان تبخیری سیال مبرد نگه می‌دارد؛ به این معنی که تنها مقداری از سیال عبور می‌کند که حتما بخار می‌شود. کار کنترل و تنظیم دمای یخچال توسط فشارشکن با تغییر ورودی‌های آن و بر اساس نیاز ما انجام می‌گیرد. برای مثال در تابستان دمای کمتری نسبت به زمستان نیاز داریم؛ بنابراین فشارشکن را بر اساس شرایط موجود و نیاز خود تنظیم می‌کنیم.

دستگاه‌های فشارشکن استفاده شده در یخچال به دودسته ورودی ثابت و متغیر تقسیم‌بندی می‌شوند. در نوع ثابت، سطح جریان ثابت می‌ماند؛ این در حالی است که در ورودی متغیر، سطح جریان با تغییر نرخ جریان عوض می‌شود. در ادامه چند نوع دستگاه فشارشکن مورد استفاده در یخچال آورده شده است.
ورودی ثابت: ۱- لوله مویین (capillary) 2- اوریفیس (Orifice)
ورودی متغیر: ۱- شیر دستی فشارشکن ۲- شیرهای فشارشکن خودکار یا فشارثابت

۶- ترموستات یخچال

ترموستات با نظارت بر دما و خاموش و روشن کردن کمپرسور، روند خنک کننده را کنترل می‌کند. هنگامی که سنسور احساس کرد که به اندازه کافی داخل یخچال سرد است، کمپرسور را خاموش می کند. اگرهم احساس گرمای بیش از حد کند، کمپرسور را روشن می‌کند و دوباره روند خنک‌کنندگی را شروع می‌کند. در کل ترموستات یا تجهیزات دیگر مشابه، برای کنترل دمای یخچال استفاده می‌شوند. معمولا تجهیزات کنترل دما به دستگاه فشارشکن متصل هستند.

حال با توجه به آشنایی با اجزاء و قطعات یخچال، نگاهی به مراحلی که مسبب تبرید یا خنک‌سازی یخچال می‌شوند، بیندازیم.

مرحله اول: کمپرسور بخار مبرد را فشرده می‌کند، فشار و درجه حرارت آن را بالا می‌برد و آن را به سیم‌پیچ های کندانسور در قسمت خارج یخچال فشار می‌دهد.
مرحله دوم: هنگامی که گاز گرم در سیم‌پیچ های کندانسور با دمای هوای خنک‌تر آشپزخانه مطابقت دارد، به یک مایع تبدیل می‌شود.
مرحله سوم: اکنون در فشار زیاد، مبرد مایع، خنک می‌شود زیرا از طریق شیر فشارشکن، درون سیم پیچ های تبخیرکننده داخل یخچال فریزر جریان می‌یابد.
مرحله چهارم: مبرد گرما را در داخل یخچال جذب می‌کند و از طریق سیم‌پیچ های تبخیرکننده جریان می‌یابد تا هوای درون یخچال را خنک کند.
مرحله پنجم: در آخر، مبرد به دلیل افزایش درجه حرارت، به گاز تبخیر می‌شود و سپس به کمپرسور باز می‌گردد، جایی که چرخه دوباره از نو شروع می‌شود.