”Höyrynpuristusjäähdytyskierto” on nimitys, jolla kuvataan jäähdytyssovelluksissa käytettävien suljettujen piirien toimintaa.
Tässä hyödynnetään kylmäaineen haihtumista piirin sisällä, erityisesti höyrystimeksi kutsutussa lämmönvaihtimessa, joka imee energiaa ympäröivästä ilmasta; tämä energia siirretään sitten elintarvikesäilytysosastoon luonnollisen tai puhaltimella aikaansaadun konvektion avulla (ks. myös kohdat ”JÄÄHDYTYKSEN TEKEMINEN” ja ”PAINE & LÄMPÖTILA”).
Kylmäaine ei voi enää haihtumisen jälkeen absorboida huomattavia määriä energiaa, joten se on palautettava nestemäiseen tilaan tiivistymällä.
Ongelmaksi muodostuu siten, että on oltava ympäristö, joka on riittävän ”kylmä” absorboimaan energiaa kylmäaineesta, mikä ei luonnollisesti voi olla sama varastotila, joka on juuri jäähdytetty.
Hyödyntämällä paineen ja lämpötilan välistä korrelaatiota tilanmuutoksessa, jossa korkeammat paineet vastaavat korkeampia lämpötiloja, käytetään kompressoria puristamaan kylmäaine paineeseen, joka on korkeampi kuin höyrystimessä oleva paine (jopa 8-10-kertainen)!), jotta kondensaatioprosessi voi tapahtua lämpötilassa, joka on yhteensopiva helposti saatavilla olevan ”kylmän” lähteen, tyypillisesti ulkoilman, kanssa.
Kondensaatio tapahtuu siis korkeassa lämpötilassa (yleensä 35-55 °C) lämmönvaihtimen sisällä, jossa kaksi nestettä ovat ulkoilma ja kylmäaine. Jälkimmäinen tiivistyy ja palaa nestemäiseen tilaan, kun taas ulkoilmaa lämmitetään.
Nesteen kylmäaine on edelleen korkeassa paineessa, kun se poistuu lauhduttimesta. Tarvitaan siis paisuntalaite, joka paisuttaa nestemäisen kylmäaineen ja alentaa sen paineen arvoon, jossa haihtuminen tapahtuu; kylmäaine on nyt palannut alkuperäiseen tilaansa (nestemäinen matalassa paineessa ja lämpötilassa) ja voi jälleen imeä energiaa elintarvikesäilytysosaston ilmasta.
Kylmäainepiirin pääkomponentit ovat siis:
Höyrystin: tämä on lämmönvaihdin, joka on samanlainen kuin lämpöpatteri, kun sitä käytetään ilman kanssa (lamellikierukka), tai kompaktimpi, kun sitä käytetään veden kanssa (levylämmönvaihdin, putkipaketti); se vaihtaa energiaa johtumalla haihtuvan kylmäaineen, joka vaihtaa olomuotoaan nestemäisestä kaasuksi, ja ympäröivän ilman (tai veden), joka jäähtyy sen seurauksena. Haihtuminen tapahtuu lähes vakiopaineessa ja -lämpötilassa pientä painehäviötä lukuun ottamatta. Haihduttimesta poistuva kylmäaine on ylikuumennettua kaasua, jonka lämpötila on hieman korkeampi kuin haihtumislämpötila.
Kompressori: Laite, joka tuottaa tilavuuspuristusta eli tilavuuden asteittaista pienentämistä pyörivillä tai edestakaisin pyörivillä järjestelmillä. Kompressorin tehtävänä on kierrättää kylmäainetta piirin sisällä, erityisesti imemällä se kaasuna höyrystimestä ja sitten puristamalla se ja toimittamalla se korkeammassa paineessa lauhduttimeen. Kompressorin suorittama mekaaninen työ merkitsee kaasun lämpötilan huomattavaa nousua (joskus yli 100 °C) ja energiankulutusta. Kompressorin tehonkulutus riippuu kahden käyttöpaineen välisestä erosta. Kompressoriin syötettävän kylmäaineen on oltava kaasumaista, sillä nesteet ovat tunnetusti kokoonpuristumattomia. Kompressori käynnistyy, kun laite tarvitsee jäähdytystä, ja se aktivoidaan yleensä lämpötilan säätöjärjestelmien kautta.
Lauhdutin: Tämä on höyrystimen kaltainen, mutta hieman suurempi lämmönvaihdin, joka voi olla myös lamellikierukka, levylämmönvaihdin tai putkipaketti. Se vaihtaa energiaa puhaltimien puhaltaman ulkoilman (tai veden) ja kompressorin päästämän kuuman kaasun muodossa olevan kylmäaineen välillä. Kylmäaine jäähdytetään, minkä jälkeen se lauhdutetaan lähes vakiolämpötilassa ja -paineessa, mikä tarkoittaa, että se alijäähtyy hieman. Lauhduttimen ulostulossa kylmäaine on nestemäisessä tilassa korkeassa paineessa ja hieman lauhdutuslämpötilaa alhaisemmassa lämpötilassa.
Laajennuslaite: koostuu kalibroidusta aukosta, ohuesta kapillaariputkesta tai mekaanisesta tai moottorikäyttöisestä säätöventtiilistä, jossa on mikroprosessoriohjaus. Paisuntalaitteen tuottama kuristus alentaa lauhduttimesta poistuvan nestemäisen kylmäaineen painetta ilman energianvaihtoa. Tässä hyödynnetään Bernoullin periaatetta, jonka mukaan nesteen nopeus rajoituksen läpi kasvaa merkittävästi, jolloin paine laskee ja lämpötila vastaavasti laskee. Tällä tavoin nestemäinen kylmäaine palaa matalaan paineeseen ja matalaan lämpötilaan ja on valmis haihtumaan uudelleen, jolloin edellä kuvattu sykli toistuu.
Paisuntalaitteen tehtävänä on myös ohjata kylmäaineen virtausta piirin läpi. Liian suuri määrä on vaarassa vahingoittaa kompressoria, koska se ei haihdu kokonaan höyrystimessä, vaan jää osittain nestemäiseen tilaan. Riittämätön määrä heikentää herkästi yksikön hyötysuhdetta, koska höyrystintä ei hyödynnetä täysin.