“Dampcompressie-koelcyclus” is de naam die wordt gegeven aan de werking van de gesloten circuits die in koeltoepassingen worden gebruikt.
Hierbij wordt gebruik gemaakt van de verdamping van een koelmiddel binnen het circuit, met name in een warmtewisselaar die de verdamper wordt genoemd, die energie uit de omringende lucht absorbeert; deze energie wordt vervolgens via natuurlijke convectie of door een ventilator geforceerde convectie aan de bewaarruimte voor levensmiddelen afgegeven (zie ook “HET KOUD MAKEN” en “DRUK & TEMPERATUUR”).
Eenmaal verdampt kan het koelmiddel geen grote hoeveelheden energie meer opnemen en moet het dus door condensatie weer in vloeibare toestand worden gebracht.
Het probleem is dus een omgeving te hebben die “koud” genoeg is om energie aan het koelmiddel te onttrekken, wat natuurlijk niet dezelfde opslagruimte kan zijn die zojuist is afgekoeld.
Door gebruik te maken van de correlatie tussen druk en temperatuur voor verandering van toestand, waarbij een hogere druk overeenkomt met een hogere temperatuur, wordt een compressor gebruikt om het koelmiddel samen te persen tot een druk die hoger is dan die van de verdamper (tot 8-10 keer!) zodat het condensatieproces kan plaatsvinden bij een temperatuur die compatibel is met een gemakkelijk beschikbare “koude” bron, meestal de buitenlucht.
Condensatie vindt dus plaats bij een hoge temperatuur (gewoonlijk 35-55°C) in een warmtewisselaar waar de twee vloeistoffen buitenlucht en koelmiddel zijn. Het laatste condenseert en keert terug in vloeibare toestand, terwijl de buitenlucht wordt verwarmd.
Het vloeibare koelmiddel staat nog onder hoge druk wanneer het de condensor verlaat. Er is dus een expansie-inrichting nodig om het vloeibare koelmiddel te expanderen en de druk ervan te verlagen tot de waarde waarbij verdamping optreedt; het koelmiddel is nu teruggekeerd in zijn oorspronkelijke toestand (vloeibaar bij lage druk en temperatuur) en kan opnieuw energie opnemen uit de lucht in de levensmiddelenopslagruimte.
De belangrijkste onderdelen van een koelcircuit zijn dus:
Verdamper: dit is een warmtewisselaar die lijkt op een radiator bij gebruik met lucht (lamellenconvector) of compacter bij gebruik met water (platenwarmtewisselaar, buizenbundel); hij wisselt door geleiding energie uit tussen het koelmiddel dat verdampt en van toestand verandert van vloeibaar in gas, en de omringende lucht (of het water) die daardoor wordt afgekoeld. De verdamping vindt plaats bij nagenoeg constante druk en temperatuur, afgezien van een geringe drukval. Het koelmiddel dat de verdamper verlaat, is een oververhit gas waarvan de temperatuur iets hoger is dan de verdampingstemperatuur.
Compressor: dit is een apparaat dat volumetrische compressie, d.w.z. een geleidelijke vermindering van het volume, tot stand brengt met behulp van roterende of heen en weer gaande systemen. De compressor heeft tot taak het koelmiddel in het circuit te doen circuleren, met name door het als gas aan te zuigen uit de verdamper en het vervolgens samen te persen en onder hogere druk af te geven aan de condensor. Het mechanische werk van de compressor brengt een aanzienlijke stijging van de temperatuur van het gas met zich mee (soms meer dan 100°C), evenals een hoog energieverbruik. Het opgenomen vermogen van de compressor is afhankelijk van het verschil tussen de twee werkdrukken. Het koelmiddel dat de compressor ingaat, moet gasvormig zijn, aangezien vloeistoffen over het algemeen onsamendrukbaar zijn. De compressor begint te werken wanneer de unit koeling moet leveren, en wordt gewoonlijk geactiveerd via temperatuurregelingssystemen.
Condensor: dit is een warmtewisselaar die vergelijkbaar is met een verdamper, maar iets groter is, en kan ook een vinnenbatterij, platenwarmtewisselaar of buizenbundel zijn. Hij wisselt energie uit tussen de buitenlucht (of water) die door ventilatoren wordt geblazen en het koelmiddel in de vorm van heet gas dat door de compressor wordt afgevoerd. Het koelmiddel wordt afgekoeld en condenseert vervolgens bij een vrijwel constante temperatuur en druk, wat betekent dat het een lichte onderkoeling ondergaat. Aan de uitgang van de condensor bevindt het koelmiddel zich in vloeibare toestand bij hoge druk en met een temperatuur die iets lager is dan de condensatietemperatuur.
Expansie-inrichting: deze bestaat uit een gekalibreerde opening, een dunne capillaire buis of een mechanische of motorgestuurde regelklep met microprocessorregeling. De door het expansieorgaan veroorzaakte verstikking verlaagt de druk van het vloeibare koelmiddel dat de condensor verlaat zonder energie uit te wisselen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van het principe van Bernoulli, waarbij de snelheid van een vloeistof door een restrictie aanzienlijk toeneemt, waardoor de druk daalt en de temperatuur dienovereenkomstig daalt. Op deze wijze keert het vloeibare koelmiddel terug naar een lage druk en lage temperatuur en is het klaar om opnieuw te verdampen, waarbij de hierboven beschreven cyclus wordt herhaald.
De expansie-inrichting heeft ook de functie om de koelmiddelstroom door het circuit te regelen. Een te grote hoeveelheid kan de compressor beschadigen, omdat het koudemiddel in de verdamper niet volledig verdampt, maar gedeeltelijk in vloeibare toestand blijft. Een te kleine hoeveelheid vermindert gevoelig het rendement van de unit, omdat de verdamper niet volledig wordt benut.