איך פועל מזגן?
31/08/2010

מבוסס על כתבה מויקיפדיה:

ישנם שני עקרונות פיזיקליים עליהם מבוססת פעולתו של המזגן:

1.  לשם הפיכת נוזל לגז (הרתחה) יש להשקיע בו חום. לצורך הפיכת גז לנוזל (עיבוי) יש לגרוע ממנו חום.
החום הדרוש לשינוי מצב הצבירה (ממוצק לנוזל או מנוזל לגז) מכונה גם "חום כמוס", מאחר שבתהליך שינוי מצב הצבירה (המבוצע  בלחץ קבוע) אין שינוי בטמפרטורה. (לדוגמא-כאשר מים רותחים במאה מעלות, אין שינוי בטמפרטורה שלהם בזמן שמצב הצבירה של המים משתנה מנוזל לאדים (גז)).

2. הטמפרטורה שבה מתרחש תהליך שינוי מצב הצבירה תלויה בלחץ. ככל שהלחץ עולה, כך תהיה הטמפרטורה, שבה מתרחש שינוי מצב הצבירה, גבוהה יותר, ולהפך.

 ניזכר בחוק הגז האידיאלי (גז אידיאלי הוא בקרוב גז בעל צפיפות נמוכה):  PV = nRT  

כאשר:

  1. P  - לחץ הגז
  2. V- הנפח שהגז תופס
  3. n- כמות חלקיקי הגז במולים  (יחידת מידה המגדירה כמות חומר על פי מספר קבוע של חלקיקים)
  4. R- קבוע הגזים האוניברסלי (8.314472 J·K-1·mol-1)
  5. T- טמפרטורת הגז

 

מהמשוואה ניתן לראות שככל שהלחץ P גדל, כך גדלה הטמפרטורה T.

במזגנים מודרנים מקוררים נוזלים (הקרויים קררים) כגון אמוניה או פחמן כלורו-פלואורי (CFC) . בתהליך העיבוי הקרר מתעבה (הופך לנוזל) תחת לחץ גבוה בטמפרטורה גבוהה ומוסר חום לאוויר החיצוני (זהו תהליך גריעת החום מהקרר). בתהליך ההתאידות הקרר מתאייד תחת לחץ נמוך בטמפרטורה נמוכה וגורע חום מהאוויר בחדר (זהו תהליך השקעת החום בקרר). למעשה, עקרון הפעולה של המזגן הוא העברת חום באמצעות שינוי מצב הצבירה של הקרר.

 

מתוך ויקפידיה

 

המבנה הסטנדרטי הוא זה:
גז בלחץ נמוך ובטמפרטורה רגילה נכנס למדחס (4 באיור), שם מושקעת עבודה לדחיסת הגז באמצעות מנוע חשמלי. הגז יוצא בלחץ גבוה, ובטמפרטורה גבוהה (ראו חוק הגז האידיאלי).
הגז הדחוס החם מוזרם בצינורות המעבה (1 באיור), כאשר אוויר (או לעתים מים) המוזרם בעזרת מאוורר מקרר את הגז הדחוס עד טמפרטורת שינוי מצב הצבירה (הגבוהה עקב הלחץ בו הוא שרוי) והופך אותו לנוזלי.
הנוזל היוצא מהמעבה נמצא בלחץ גבוה, והוא מוזרם דרך שסתום התפשטות (2 באיור), שהוא חריר, כדי להוריד את הלחץ. (כאשר הנוזל מתפשט, הלחץ שלו P קטן)
הנוזל שכעת נמצא בלחץ נמוך, מוזרם למאייד (3 באיור), שם באופן טבעי עובר התאיידות עקב ההפחתה של הלחץ (נזכור שבלחץ נמוך טמפרטורת האידוי נמוכה). היות שנוזל מתאדה סופח חום, האוויר הבא במגע עם הנוזל מתקרר. מאוורר משמש לזירוז התפשטות האוויר המקורר בחדר-זהו תהליך המיזוג. הגז יוצא מהמאייד בלחץ נמוך ובטמפרטורה רגילה וחוזר למדחס לסיבוב נוסף.
אם כן, תהליך הקירור של המזגן מבוצע באמצעות הרתחה (אדוי) של נוזל בלחץ נמוך (שלב 3 באיור). המאייד הוא מחליף חום. מאיידים מסוג התפשטות ישירה (Direct expansion) מורכבים מצינורות שבתוכם מוזרם קרר במצב הצבירה הנוזלי בלחץ נמוך. כאשר הלחץ נמוך, נמוכה גם הטמפרטורה שבה מתרחש שינוי מצב הצבירה. מחוץ לצינורות מוזרם אוויר מהחדר. לצינורות מחוברות צלעות לצורך הגדלת השטח ושיפור מעבר החום. הנוזל בתוך הצינורות סופח חום מהאוויר המוזרם על פני הדפנות החיצוניות של הצינורות והופך לגז. לכן האוויר מהחדר, המוזרם על פני הצינורות, מתקרר.