„Dampfkompressionskältekreislauf“ ist die Bezeichnung für die Funktionsweise der in der Kältetechnik verwendeten geschlossenen Kreisläufe.

Dabei wird die Verdampfung eines Kältemittels im Inneren des Kreislaufs genutzt, und zwar in einem Wärmetauscher, dem sogenannten Verdampfer, der die Energie aus der Umgebungsluft aufnimmt; diese wird dann durch natürliche oder gebläseunterstützte Konvektion an das Lagerfach für die Lebensmittel abgegeben (siehe auch „KÄLTE MACHEN“ und „DRUCK & TEMPERATUR“).

Nach dem Verdampfen kann das Kältemittel keine nennenswerten Energiemengen mehr aufnehmen und muss daher durch Kondensation wieder in den flüssigen Zustand versetzt werden.

Das Problem besteht also darin, eine Umgebung zu haben, die „kalt“ genug ist, um Energie aus dem Kältemittel zu absorbieren, was natürlich nicht dasselbe Lagerfach sein kann, das gerade gekühlt wurde.

Unter Ausnutzung der Korrelation zwischen Druck und Temperatur für die Zustandsänderung, wonach höhere Drücke höheren Temperaturen entsprechen, wird ein Kompressor verwendet, um das Kältemittel auf einen Druck zu verdichten, der höher ist als der des Verdampfers (bis zum 8-10fachen!), so dass der Kondensationsprozess bei einer Temperatur stattfinden kann, die mit einer leicht verfügbaren „kalten“ Quelle, typischerweise der Außenluft, kompatibel ist.

Die Kondensation findet also bei einer hohen Temperatur (normalerweise 35-55°C) in einem Wärmetauscher statt, in dem die beiden Flüssigkeiten Außenluft und Kältemittel sind. Letzteres kondensiert und kehrt in den flüssigen Zustand zurück, während die Außenluft erwärmt wird.

Das flüssige Kältemittel steht noch unter hohem Druck, wenn es den Verflüssiger verlässt. Daher ist eine Expansionsvorrichtung erforderlich, um das flüssige Kältemittel zu expandieren und seinen Druck auf den Wert zu senken, bei dem die Verdampfung stattfindet; das Kältemittel ist nun in seinen Ausgangszustand (flüssig bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur) zurückgekehrt und kann erneut Energie aus der Luft im Lebensmittellagerfach aufnehmen.

Die Hauptbestandteile eines Kältemittelkreislaufs sind daher:

Verdampfer: Dies ist ein Wärmetauscher, der bei Luft einem Heizkörper ähnelt (Rippenrohrschlange) oder bei Wasser kompakter ist (Plattenwärmetauscher, Rohrbündel); er tauscht Energie durch Leitung zwischen dem verdampfenden Kältemittel, das seinen Zustand von Flüssigkeit zu Gas ändert, und der umgebenden Luft (oder dem Wasser) aus, die dadurch abgekühlt wird. Die Verdampfung findet bei nahezu konstantem Druck und konstanter Temperatur statt, abgesehen von einem leichten Druckabfall. Das Kältemittel, das den Verdampfer verlässt, ist ein überhitztes Gas, dessen Temperatur etwas höher ist als die Verdampfungstemperatur.

Kompressor: Dies ist ein Gerät, das eine volumetrische Verdichtung, d.h. eine progressive Volumenverringerung, mit Hilfe von Rotations- oder Hubkolbensystemen bewirkt. Der Verdichter hat die Aufgabe, das Kältemittel im Kreislauf zirkulieren zu lassen, d.h. es als Gas aus dem Verdampfer anzusaugen, zu verdichten und mit höherem Druck an den Verflüssiger abzugeben. Die vom Kompressor geleistete mechanische Arbeit führt zu einem erheblichen Anstieg der Gastemperatur (zeitweise über 100 °C) und zu einem höheren Stromverbrauch. Die Leistungsaufnahme des Verdichters hängt von der Differenz zwischen den beiden Betriebsdrücken ab. Das in den Kompressor eintretende Kältemittel muss gasförmig sein, da Flüssigkeiten bekanntermaßen inkompressibel sind. Der Kompressor schaltet sich ein, wenn das Gerät gekühlt werden muss, und wird in der Regel über Temperaturregelungssysteme aktiviert.

Kondensator: Dies ist ein Wärmetauscher, der dem Verdampfer ähnelt, jedoch etwas größer ist und auch ein Rippenrohrschlange, Plattenwärmetauscher oder Rohrbündel sein kann. Er dient dem Energieaustausch zwischen der von den Ventilatoren eingeblasenen Außenluft (oder Wasser) und dem Kältemittel in Form von heißem Gas, das vom Verdichter abgegeben wird. Das Kältemittel wird abgekühlt und kondensiert dann bei nahezu konstanter Temperatur und konstantem Druck, d. h. es erfährt eine leichte Unterkühlung. Am Ausgang des Verflüssigers befindet sich das Kältemittel im flüssigen Zustand unter hohem Druck und mit einer Temperatur, die etwas niedriger ist als die Verflüssigungstemperatur.

Expansionsvorrichtung: Diese besteht aus einer kalibrierten Öffnung, einem dünnen Kapillarrohr oder einem mechanischen oder motorbetriebenen Regelventil mit Mikroprozessorsteuerung. Die durch die Expansionsvorrichtung erzeugte Drosselung senkt den Druck des flüssigen Kältemittels, das den Verflüssiger verlässt, ohne dass ein Energieaustausch stattfindet. Dabei wird das Bernoulli-Prinzip ausgenutzt, wonach die Geschwindigkeit eines Fluids beim Durchgang durch eine Drosselstelle erheblich zunimmt, was zu einem Druckabfall und einem entsprechenden Temperaturabfall führt. Auf diese Weise kehrt das flüssige Kältemittel zu niedrigem Druck und niedriger Temperatur zurück und ist bereit, erneut zu verdampfen, wobei sich der oben beschriebene Zyklus wiederholt.

Das Expansionsgerät hat auch die Aufgabe, den Kältemittelfluss durch den Kreislauf zu steuern. Bei einer zu großen Menge besteht die Gefahr, dass der Kompressor beschädigt wird, da das Kältemittel im Verdampfer nicht vollständig verdampft, sondern teilweise in flüssigem Zustand bleibt. Eine unzureichende Menge verringert den Wirkungsgrad des Geräts empfindlich, da der Verdampfer nicht vollständig ausgenutzt wird.