Jääkaappi

Jääkaappi

Jääkaappi on yksi yleisimpiä sähköisiä kodinkoneita maailmassa. Jääkaapin tehtävä on pitää sen sisältö kuten elintarvikkeet tai lääkkeet viileänä, jotta sisältö säilyisi paremmin. Jääkaapin toiminta perustuu lämpöpumppukoneistoon, joka pumppaa lämpöä jääkaapin sisältä huoneilmaan ja samalla jäähdyttää jääkaappia. Jääkaappia, jossa on pieni pakastinosa, nimitetään jenkkikaapiksi.

Historia

Ennen muinoin jäähdyttäminen tapahtui ympäröimällä jäähdytettävä aines kastelluilla vaatteilla, joista haihtuva neste sitoi lämpöä. Toinen jäähdytyskeino oli jää, jota tuotiin pitkienkin matkojen takaa. Jään myynti oli tuolloin kannattavaa liiketoimintaa. Jääkaappi-nimityskin on peräisin tuosta jään suurkulutuksesta. Jäätä saatettiin sahata talvella järvistä ja säilyttää sitten suuria määriä kesäksi sahanpurukasan suojassa. Suomessa jäätä käytettiin maidon jäähdyttämiseen maitotiloilla ennen sähköistyksen etenemistä syrjäseuduille.

Ensimmäinen tunnettu jäähdytyskoe tehtiin vuonna 1748. Kokeen suoritti keksijä nimeltä William Cullen Glasgow'n yliopistossa, mutta hän ei keksinyt tälle mitään käytännön hyötyä. 1805 amerikkalainen keksijä Oliver Evans suunnitteli ensimmäisen jäähdytyskoneen, ja vuonna 1834 Jacob Perkins rakensi ensimmäisen jäähdytyskoneen, joka käytti eetteriä höyryn tiivistymisjärjestelmässä. Saksalainen insinööri Carl von Linde patentoi vuonna 1876 menetelmän, jolla höyrystetään kaasu, mikä on osa perinteistä jäähdytysteknologiaa.

Jääkaapit myöhäiseltä 1800-luvulta aina vuoteen 1929 käyttivät myrkyllisiä kaasuja ammoniakkia (NH₃), metyylikloridia (CH₃Cl) ja rikkidioksidia (SO₂) jäähdytysaineinaan. Useita kuolemaan johtaneita onnettomuuksia sattui 1920-luvulla, kun metyylikloridia vuosi jääkaapeista. Kolme amerikkalaista yritystä aloitti yhteistyötutkimuksen kehittääkseen vähemmän vaarallisen tavan jäähdyttämiseen, joka johti freonien keksimiseen.^lähde? Pian freonikäyttöiset kompressorijääkaapit olivat osa lähes jokaista kotikeittiötä.

Kylmäsuunnittelun ongelmakohtia

Ennen toista maailmansotaa jääkaapin koneisto sijaitsi kaapin päällä. Sen aikaiset moottorit olivat teholtaan lähes 90-prosenttisia mutta vuonna 1984 moottoreiden teho oli enää 60 %.^selvennä Vuonna 1984 moottori oli siirtynyt kaapin alapuolelle. Kun sen tuottama lämpö nousi ylös, moottorin oli tehtävä työtä poistaakseen itse tuottamaansa lämpöä. Tähän kului jopa puolet käytetystä energiasta.

Vuosien kuluessa jääkaappien valmistajat ovat yrittäneet kasvattaa kaapin sisätilavuutta vähentämällä sen lämpöeristystä. Useimmiten jääkaappi on suunniteltu niin, että kun sen oven avaa, jäähdytetty ilma valuu ulos. Samalla jääkaappi huurtuu, ja huurteen poistamiseksi joihinkin jääkaappeihin on rakennettu sisäpuolelle sähkölämmitys. Joissakin malleissa on ollut sähkölämmitin ovessa, jottei sen tiiviste tarttuisi kiinni. On valmistettu malleja, joiden ulkoseinissäkin on sähkölämmitys estämään huoneilman kosteuden tiivistymistä.

Kilpajuoksu pohjalle

Vuonna 1975 amerikkalaisen jääkaapin vuosittainen sähkönkulutus oli 1800 kilowattituntia. Kiristettyjen säädösten ansiosta vuoteen 1980 mennessä jääkaappien vuosittainen sähkönkulutus laski 1400 kWh:iin. Tuolloin parhaat mallit ylsivät noin 933 kWh:iin. Mutta alemmas voitiin päästä. Vuonna 1981 tavallinen japanilainen jääkaappi käytti 700 kWh – parhaat enää 550 kWh vuodessa. Teoriassa voitiin päästä sitäkin alemmas, ja se myös kannattaisi rahallisesti ainakin 260 kWh:iin asti. Vuonna 1984 kalifornialainen suunnittelija Larry Schlussler rakensi jääkaapin prototyypin, joka käytti vain 15 kWh vuodessa. Jopa sekin voitaisiin ehkä alittaa käyttämällä passiivista jäähdytystä.

Toimintaperiaate

Nykyaikaiset jääkaapit perustuvat höyrynpuristusprosessiin. Höyrystynyt kylmäaine puristetaan sähköllä toimivan kompressorin avulla korkeampaan paineeseen, jolloin höyry lämpenee. Kuumentunut höyry jäähdytetään jääkaapin takana olevassa lauhduttimessa jääkaappia ympäröivän ilman avulla kylläiseksi höyryksi, joka sitten paineen vaikutuksesta tiivistyy nesteeksi. Paineinen neste päästetään ohuen paisuntaventtiilin kautta takaisin kompressoria edeltäneeseen paineeseen, jolloin osa nesteestä höyrystyy ja tuloksena oleva höyryn ja nesteen seos jäähtyy. Kylmäaineen lämpötila on nyt jääkaapin sisälämpötilaa alhaisempi ja kiertäessään jääkaapin jäähdytysputkistossa se ottaa vastaan lämpöä jääkaapin sisältä, ja samalla kiertoaine höyrystyy. Tätä kiertoa jatketaan ja saadaan aikaan suljettu järjestelmä, joka siirtää lämpöä jääkaapin sisältä ympäröivään huoneilmaan.

Sellaisissa käyttökohteissa, joissa sähkön käyttäminen ei ole mahdollista, jääkaappi voidaan toteuttaa absorptio-periaatteella.

Jäähdytysaineet

Aiemmin käytetyt Freonit eli CFC-yhdistekaasut vahingoittivat otsonikerrosta voimakkaasti. Tämä huomattiin vasta vuosikymmenien jälkeen ja freonien käyttö lopetettiin kokonaan. Nykyään kylmäaineina käytetään luonnon hiilivetyjä esimerkiksi HFC-134a, jotka ovat vähemmän haitallisia luonnolle. Uusimmissa eurooppalaisissa laitteissa kylmäaineena käytetään isobutaania. Isobutaani on tulenarkaa, mutta kodin kylmäkoneissa tarvittava kylmäainetäytös on hyvin pieni, noin 15-70 grammaa. Isobutaanin GWP-arvo, eli vaikutus kasvihuoneilmiöön on vain kolme (3), kun esimerkiksi HFC-134a kylmäaineella arvo on 1300. Lisäksi jääkaappien energiatehokkuus on kasvanut selvästi jonka vuoksi uusien jääkaappien hiilijalanjälki on aiempaa pienempi.

Lähteet

1. http://home.howstuffworks.com/refrigerator.htm
2. http://inventors.about.com/library/inventors/blrefrigerator.htm
3. http://www.mustaporssi.fi/index/ostoopas/isotkodinkoneet/kylmalinja.html

Aiheesta muualla

• Kodinkonevalmistajien informaatiota kylmälaitteista
• Suomen jäähdytystekniikan museo Ylöjärvellä esittelee kylmätekniikan kehitystä Suomessa