نگهداری مواد غذایی و مواد فاسد شدنی همواره یکی از دغدغه‌های انسان بوده بوده است. همان طور که می‌دانیم عامل اصلی خرابی و فساد مواد غذایی، حرارت است. در صورتی که این مواد در دمای پایین و سرد نگهداری شوند، سرعت فاسد شدن و خرابی آن‌ها کمتر شده و این امکان وجود خواهد داشت، تا مدتی طولانی مواد غذایی فاسد شدنی را نگهداری کرد.
به همین دلیل انسان همواره به دنبال راهی برای سرد نگاه داشتن مواد غذایی بوده است. در قدیم از برف و یخچال‌های طبیعی برای این منظور استفاده می‌شده است. اما با پیشرفت فناوری وسیله‌ای مخصوص این کار طراحی و ساخته شده که به آن یخچال گفته می‌شود. یخچال محفظه‌ای است که با کمک نیروی برق، دمای محیط داخلی خود را کاهش داده و در نقطه‌ای مطلوب ثابت نگاه می‌دارد. به این شکل امکان نگهداری مواد غذایی به مدت نسبتاً طولانی با کیفیت مطلوب امکان‌پذیر می‌شود.
در این مقاله از ویکی‌سرویس قصد داریم با سازوکار یخچال آشنا شده و اجزاء تشکیل دهنده آن را بررسی کنیم و ببینیم که یخچال چگونه کار میکند.
سیکل برودتی یخچال
برای کاهش دمای محفظه یخچال از سیکل تبرید تراکمی بهره برده می‌شود. البته در گذشته از سیکل جذبی نیز استفاده می‌شد، که به آن یخچال نفتی گفته می‌شد. امروزه به علت راندمان کم، این نوع یخچال‌ها مورد استفاده قرار نمی‌گیرند.
سیکل برودتی در یخچال‌های امروزی سیکل تراکمی است. در این سیکل چهار مرحله وجود دارد، که یک سیال مخصوص که به آن گاز یخچال نیز گفته می‌شود، با طی کردن این سیکل یا چرخه حرارت را از محفظه داخلی گرفته و محیط بیرون منتقل میکند. این عمل باعث کاهش دمای محفظه یخچال می‌شود.
اجراء اصلی سیکل یخچال شامل چهار جزء است:
کمپرسور: کمپرسور که می‌توان آن را قلب یخچال نامید، وظیفه افزایش فشار گاز یخچال را بر عهده دارد. این دستگاه با تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی، باعث متراکم شدن مبرد می‌شود. به این ترتیب اولاً انرژی لازم مبرد، برای طی کردن مسیر سیکل تامین می‌شود. دوماً با افزایش فشار مبرد، دمای میعان آن نیز افزایش می‌یابد. این کار باعث می‌شود که مبرد بتواند در دمای محیط به مایع تبدیل شود. در یخچال‌ها معمولاً از کمپرسورهای پیستونی استفاده می‌شود. البته ممکن است کمپرسورهای اسکرال یا دیگر انواع نیز به کار برده شود.
کندانسور: کندانسور یخچال یک مبدل حرارتی است، که گرمای مبرد را به محیط بیرون منتقل میکند. در اینجاست که گاز مبرد به مایع تبدیل می‌شود. کندانسور یخچال لوله‌های مارپیچی شکلی است که در پشت آن قابل رویت است. البته در برخی از مدل‌های یخچال برای افزایش نرخ انتقال حرارت از فن نیز کمک گرفته می‌شود.
لوله مویی: لوله مویی یا کاپیلاری تیوب، قطعه‌ای است که برعکس کمپرسور باعث افت فشار در مبرد می‌شود. همان طور که می‌دانیم دمای تبخیر با فشار رابطه مستقیم دارد. پس برای آنکه گاز یخچال بتواند در دمای پایین (دمای داخل یخچال) تبخیر شود، باید فشار آن کاهش یابد، که این کار وظیفه لوله مویی است. ساختار لوله مویی بسیار ساده است. لوله‌ای از جنس مس با قطر کم و طول نسبتاً زیاد که عبور گاز یخچال از آن باعث می‌شود که افت فشار یابد.
اواپراتور: اواپراتور نیز مانند کندانسور یخچال یک مبدل حرارت است. اما برعکس آن حرارت را از داخل محفظه چذب میکند. با عبور گاز یخچال از اواپراتور حرارت موجود در یخچال توسط گاز جذب شده و باعث تبخیر آن می‌شود. به این ترتیب با کاهش گرمای داخل یخچال، دما نیز کاهش می‌یابد. ساختار اواپراتور نیز مانند کندانسور، متشکل از لوله‌های مارپیچی است که معمولاً دارای فین هستند. یک فن نیز با ایجاد جریان هوا به افزایش نرخ انتقال حرارت کمک میکند. البته در اواپراتور یخچال جهت جلوگیری از ایجاد برفک از المنت‌های برقی استفاده می‌شود.
این چهار جزء، اجزای اصلی سیکل برودتی یخچال هستند، که باعث انتفال گرمای یخچال به محیط بیرون می‌شوند. البته برای افزیش کارایی و کنترل کارکرد یخچال اجزاء دیگری نیز در سیکل بکار برده می‌شوند، که در ادامه به بررسی آن‌ها خواهیم پرداخت.
دیگر اجزاء یخچال
ترموستات: قطعه‌ای است، که باعث می‌شود دمای داخل محفظه یخچال ثابت باقی بماند. دمای یخچال باید متناسب با محصولاتی که در آن قرار می‌گیرند، در یه نقطه مطلوب ثابت باقی بماند. اگر پس از شروع به کار یخچال، کمپرسور به طور دائمی به کار خود ادامه دهد، دمای داخب یخچال از مقدار مطلوب خود پایین‌تر خواهد رفت، که این امر باعث یخ‌زدگی محصولات و مشکلات دیگر می‌شود.
به همین دلیل باید هنگامی که دمای یخچال تا نقطه مطلوب کاهش پیدا کرد، فعالیت کمپرسور متوقف شود و هنگامی که دما مجدداً افزایش یافت کمپرسور روشن شود. این کار بر عهده ترموستات است.
ترموستات در حقیقت نوعی حسگر دما است، که هنگامی که دمای یخچال از نقطه مطلوب کمتر می‌شود، باعث قطع برق کمپرسور می‌شود و هنگامی که دما افزایش می‌یابد جریان برق کمپرسور را وصل میکند. به این ترتیب دمای یخچال همواره ثابت باقی می‌مانند. این کار باعث افزایش کیفیت محصولات و همینطور کاهش مصرف انرژی می‌شود.
رله استارت یخچال: رله استارت قطعه‌ای است، که وظیفه راه‌اندازی کمپرسور را بر عهده دارد. این قطعه مانند یک شیر باعث قطع و وصل جریان الکتریکی به کمپرسور می‌شود. ترموستات دستور روشن یا خاموش شدن را به رله استارت فرستاده و رله استارت نیز جریان برق را برقرار میکند.
اورلود یخچال: اورلود قطعه‌ای است که برای جلوگیری از آسیب دیدن کمپرسور از آن استفاده می‌شود. در حالتی که جریان برق ورودی به موتور یخچال از حد مجاز آن افزایش یابد، اولود به سرعت جریان را قطع کرده و باعث خاموش شدن کمپرسور می‌شود. در غیر این صورت کمپرسور سوخته و آسیب جدی می‌بیند.
فیلتر درایر: فیلتر خشک کن یا فیلتر درایر، نوعی فیلتر است که رطوبت و اسید موجود در مبرد را جذب میکند. وجود رطوبت، اسید و یا حتی مواد جامد ریز در سیکل باعث آسیب دیدن اجزاء مختلف می‌شود. به همین دلیل با استفاده از فیلتر درایر مبرد موجود در سیکل را فیلتر کرده و از این مواد پاکسازی می‌کنند.
هیتر المنت: این قطعه به آن اشاره شد، در حقیقت باعث ذوب شدن برفک‌های تشکیل شده بر روی اواپراتور می‌شود. به علت وجود رطوبت محفظه یخچال، ایجاد برفک بر سطح لوله‌های اواپراتور اجتناب ناپذیر است. وجود این برفک‌ها باعث کاهش چشم‌گیر راندمان یخچال می‌شود. به همین دلیل باید با استفاده از حرارت این بفک‌ها را ذوب کرد. هیتر المنت جریان برق را به گرما تبدل کرده و باعث ذوب برفک‌ها می‌شود.
گاز یخچال: سیالی که با تبخیر و میعان خود حرارت را از داخل یخچال گرفته و به بیرون دفع میکند، گاز یخچال یا مبرد یخچال نامیده می‌شود. این سیال در حقیقت اصلی‌ترین جزء یخچال است، که روش کار آن در قسمت قبل بررسی شد. در قدیم از آمونیاک به عنوان گاز یخچال استفاده می‌شد. با تولید مبردهای فریونی گاز‌های مانند R12 و بعد از آن R22 جایگزین آمونیاک شدند. امروزه اما از گازهایی مثل R600 در یخچال استفاده می‌شود.
