איך מקפיא עובד?

לאורך ההיסטוריה אנשים חיפשו דרכים לשמור על קירור של מזון בכדי למנוע קלקול ולהגן על בריאותם. אחת האסטרטגיות המוקדמות ביותר, שהופעלה לראשונה בהודו לפני כמה מאות שנים, הייתה לרתום את כוח הקירור של מים מתאדים. כבר לפני המאה ה- 11 פותחו טכניקות לעיבוי אדי מים בסלילים, ללחץ אותם ולשלוח אותם דרך צמצם כדי להתאדות. עם זאת, מים אינם קירור טוב במיוחד, ומערכות הקירור המוקדמות הללו לא היו יעילות במיוחד.

במהירות קדימה למאה ה -18, כאשר הממציאים החלו לבנות מערכות קירור על ידי דחיסת אוויר, אמוניה וגזים אחרים ואז מכריחים אותם לספוג חום על ידי הפחתת הלחץ ולאפשר להם להרחיב. עם זאת, קירור לא הפך בר-קיימא בהיקף גדול עד 1876, אז הקים המהנדס הגרמני קרל פון לינד מערכת עיבוי שיכולה להפיג את הגזים הללו. כ -50 שנה לאחר מכן, ג'נרל אלקטריק סיימה את עידן ארגז הקרח בשיווק מערכת הקירור הראשונה הזמינה ביותר, שהשתמשה בגז קנייני המכונה פרון כקירור הקירור.

מקררים ומקפיאים הם כיום דבר שבשגרה ולכל בית יש בית, אם כי פריון מיושן כעת. ברוב היחידות יש מקרר וגם תא מקפיא, אך הקירור מתרחש בפועל במקפיא, ומאוורר מפזר את האוויר הקריר לתא המקרר. בין אם היחידה היא מכשיר ביתי קטן ובין אם מדובר על חדר כניסה מסחרי גדול, מערכת הקירור עובדת על אותו עיקרון בסיסי של מקפיא עמוק.

מערכת הקירור שרואים במקפיא טיפוסי מכילה שתי מערכות סלילים, סלילי הקבל וסלילי האידוי, והם מופרדים על ידי פתח קטן המכונה שסתום ההרחבה. אם המקפיא פועל על חשמל, מה שלא כל המקפיאים עושים, משאבת מדחס מקפיא חשמלי לחץ הקירור בסליל הראשון וזה מאלץ אותו לרסס דרך שסתום ההרחבה לסליל השני. מכיוון שהלחץ בסליל השני נמוך בהרבה, הקירור מתאדה, וזה מה שמספק את הקירור.

בשפת הכימיה, אידוי הוא תהליך אנדותרמי, כלומר הוא סופג חום. החום מגיע מהאוויר שמסביב, והוא מספק את האנרגיה שמולקולות קירור צריכות להיכנס למצב הגזי. מקפיא לא כל כך מוסיף קור רוח לאוויר שכן הוא מפחית ממנו חום, והחום הזה צריך ללכת לאנשהו.

לאחר הפיכתו לגז, נפטר הקירור למחזור לסלילי הקבל, שם הוא נלחץ על ידי משאבת הקבל והופך חזרה לנוזל. לחץ הלחץ מייצר חום, המסיים את המחזור התרמי, ויש לפזר את החום מתא ההקפאה כדי לשמור על הטמפרטורה הנמוכה במקפיא. יחידות רבות יש מאוורר כדי להקל על זה. המחזור התרמי יכול להימשך ללא הגבלת זמן, בתנאי שהסלילים אטומים ואף אחד מכלי הקירור לא יוכל להימלט.

טמפרטורת המקפיא העמוק יכולה לרדת ל 0 מעלות פרנהייט (-18 צלזיוס) ואף נמוכה יותר, אך כדי שזה יקרה, צריך לאטום את התא. סלילי האידוי ממוקמים בדרך כלל מאחורי הקיר האחורי של המקפיא. כל עוד התא אטום, הסלילים ממשיכים לספוג חום מהמקפיא תא ומפזר אותו דרך סלילי הקבל, והטמפרטורה במקפיא ממשיך לצנוח.

לרוב המקפיאים יש תרמוסטט המפקח על הטמפרטורה. כשמגיעים לטמפרטורת המטרה, התרמוסטט מסמן למדחס המקפיא לכבות. אם התא אטום ומבודד היטב, לוקח זמן רב לטמפרטורה לעלות ולמדחס להמשיך. חותמות דלתות גרועות המאפשרות אוויר חם לתא ההקפאה גורמות למדחס לפעול בתדירות גבוהה יותר, וזה מבזבז אנרגיה.

אחת הסיבות שיש לכם מקפיא היא להכין ולאחסן קרח, אך הקרח צריך להיות במגשים או בשקיות, ולא על קירות המקפיא. כאשר קרח נאסף על קיר המקפיא ליד סלילי האידוי או הסלילים עצמם, זה מפריע לזרימת האוויר ומפחית את יעילות הקירור שלהם. כתוצאה מכך הקבל צריך לעבוד קשה יותר, וזה מבזבז אנרגיה.

עיקרון העבודה של מקפיא עמוק הוא שהסלילים סופגים חום מהאוויר שמסביב, אך הם לא יכולים לעשות זאת אם הם מכוסים קרח או כפור. זו הסיבה שההפשרה התקופתית כה חשובה ומדוע להרבה מקפיאים יש פונקצית הפשרה אוטומטית. אם למקפיא אין פונקצית הפשרה, עליו להפשרה ידנית על ידי כיבויו מספיק זמן כדי שהקרח יימס.

כאשר למקפיא יש מנגנון הפשרה, הוא בדרך כלל מקבל צורה של גוף חימום המחובר לסליל האידוי. המפריה עשויה להופיע אוטומטית או שתצטרך להפעיל אותה ידנית. כך או כך, הוא ממיס את הקרח על הסלילים והמים עוברים מערכת של צינורות ניקוז לתבנית שממנה הם יכולים להתאדות.

מרבית המקררים מגיעים עם מקפיא מחובר והם בתאים נפרדים. טמפרטורת המקפיא העמוקה האידיאלית היא סביב 0F (-18 צלזיוס), אך בתא המקרר, זה דומה יותר ל- 40 מעלות צלזיוס. כדי לשמור על הפרש הטמפרטורה הזה, התאים מופרדים באמצעות פתח אוורור ומאוורר מניע אוויר קריר מהמקפיא למקרר רק כשצריך.

אתה מסדיר את הטמפרטורה בתא המקרר על ידי התאמת פעולת המאוורר. אם חותמות הדלתות והבידוד שלמים והמקפיא נמצא בטמפרטורה המתאימה אך המקרר חם מדי או קר מדי, הסיבה היא בדרך כלל תקלה במאוורר. אם טמפרטורת המקפיא גבוהה יותר מכפי שהיא אמורה להיות, עם זאת, בדרך כלל הקונדור אשם, וזו בעיה חמורה יותר.

כאשר הדברים משתבשים במקרר, לעתים קרובות תוכלו לתקן את המאוורר או את הפקדים בעצמכם אם אתם יודעים מה אתם עושים. זהו סיפור אחר כשלא ניתן לשמור על טמפרטורת המקפיא, מכיוון שלרוב זה אומר שיש בעיה במערכת הקירור. החוק הפדרלי אוסר על אנשים ללא רישיון שירות במערכות קירור.

אחת הסיבות העיקריות לאיסור קשורה לתנודתיות של הקירור. למרות שפרייון (המכונה גם קירור R22) כבר לא נמצא בשימוש מכיוון שמדובר בכלור-פלואורו פחמן הפוגע בשכבת האוזון של כדור הארץ, ישנם מערכות ישנות שעדיין עשויות להשתמש בה. יתר על כן, כמה מקררים קיימים, כמו פחמימנים הידרופלואוריים (HFC), יכולים גם הם לפגוע בסביבה על ידי תרומה להתחממות כדור הארץ.

מערכות הקפאה מסוימות, במיוחד מערכות פרופאן, משתמשות באמוניה כחומר קירור, המהווה חזרה לימים הראשונים של מערכות הקירור. אמוניה מאכלת מאוד והיא גורמת לשריפת העיניים ומערכת הנשימה ויכולה להיות קטלנית בכמויות גדולות. דרושים טכנאים מיומנים ופרוטוקולים פרוצדורליים מחמירים כדי לעבוד על מערכות קירור מבלי לשחרר אף אחד מהגזים המסוכנים הללו.