„Ciclul de refrigerare prin compresie de vapori” este denumirea dată pentru a descrie funcționarea circuitelor închise utilizate în aplicațiile de refrigerare.

Acesta exploatează evaporarea unui agent frigorific în interiorul circuitului, mai exact într-un schimbător de căldură numit evaporator, care absoarbe energie din aerul înconjurător; aceasta este apoi transmisă în compartimentul de depozitare a alimentelor prin convecție naturală sau forțată de ventilator (vezi și „FRIGORIFICAREA” și „PRESIUNE & TEMPERATURĂ”).

După ce s-a evaporat, agentul frigorific nu mai poate absorbi cantități considerabile de energie și, în consecință, trebuie readus în stare lichidă prin condensare.

Se pune astfel problema de a avea un mediu suficient de „rece” pentru a absorbi energia agentului frigorific, care, în mod firesc, nu poate fi același compartiment de depozitare care tocmai a fost răcit.

Exploatând corelația dintre presiune și temperatură pentru schimbarea stării, prin care presiuni mai mari corespund unor temperaturi mai mari, se folosește un compresor pentru a comprima agentul frigorific la o presiune mai mare decât cea din evaporator (de până la 8-10 ori!) astfel încât procesul de condensare să poată avea loc la o temperatură compatibilă cu o sursă „rece” ușor disponibilă, de obicei aerul exterior.

Condensarea are loc astfel la o temperatură ridicată (de obicei 35-55°C) în interiorul unui schimbător de căldură în care cele două fluide sunt aerul exterior și refrigerantul. Acesta din urmă se condensează și revine în stare lichidă, în timp ce aerul exterior va fi încălzit.

Refrigerantul lichid este încă la presiune ridicată atunci când părăsește condensatorul. Prin urmare, este necesar un dispozitiv de expansiune pentru a dilata refrigerantul lichid și a reduce presiunea acestuia la valoarea la care are loc evaporarea; refrigerantul a revenit acum la starea sa inițială (lichid la presiune și temperatură scăzute) și poate absorbi din nou energia din aerul din compartimentul de depozitare a alimentelor.

Principalele componente ale unui circuit de refrigerare sunt așadar:

Evaporatorul: este un schimbător de căldură asemănător unui radiator atunci când este utilizat cu aer (serpentină cu aripioare) sau mai compact atunci când este utilizat cu apă (schimbător de căldură cu plăci, fascicul de tuburi); acesta schimbă energie prin conducție între agentul frigorific care se evaporă, schimbându-și starea din lichid în gaz, și aerul înconjurător (sau apa) care este răcit ca urmare. Evaporarea are loc la presiune și temperatură practic constante, cu excepția unei ușoare căderi de presiune. Agentul frigorific care părăsește evaporatorul este un gaz supraîncălzit a cărui temperatură este puțin mai mare decât temperatura de evaporare.

Compresor: este un dispozitiv care asigură o compresie volumetrică, adică o reducere progresivă a volumului, folosind sisteme rotative sau alternative. Compresorul are funcția de a face să circule agentul frigorific în interiorul circuitului, mai exact îl aspiră sub formă de gaz din evaporator, apoi îl comprimă și îl livrează la o presiune mai mare către condensator. Munca mecanică efectuată de compresor implică o creștere semnificativă a temperaturii gazului (uneori peste 100°C), precum și un consum de energie. Consumul de energie al compresorului depinde de diferența dintre cele două presiuni de funcționare. Agentul frigorific care intră în compresor trebuie să fie în stare gazoasă, deoarece lichidele sunt în mod notoriu incompresibile. Compresorul începe să funcționeze atunci când unitatea trebuie să asigure răcirea și este activat, de obicei, prin intermediul sistemelor de control al temperaturii.

Condensator: acesta este un schimbător de căldură asemănător cu un evaporator, dar puțin mai mare, și poate fi, de asemenea, un serpentin cu aripioare, un schimbător de căldură cu plăci sau un fascicul de tuburi. Acesta face schimb de energie între aerul exterior (sau apa) suflat de ventilatoare și agentul frigorific sub formă de gaz fierbinte evacuat de compresor. Agentul frigorific este răcit și apoi se condensează la o temperatură și o presiune practic constante, ceea ce înseamnă că suferă o ușoară subrăcire. La ieșirea din condensator, agentul frigorific se va afla în stare lichidă, la presiune ridicată și cu o temperatură ușor mai mică decât temperatura de condensare.

Dispozitiv de expansiune: acesta constă într-o deschidere calibrată, un tub capilar subțire sau o supapă de reglare mecanică sau motorizată cu control prin microprocesor. Înăbușirea produsă de dispozitivul de expansiune scade presiunea agentului frigorific lichid care părăsește condensatorul fără a face schimb de energie. Acest lucru exploatează principiul Bernoulli, conform căruia viteza unui fluid care trece printr-o restricție crește semnificativ, provocând o scădere a presiunii și o scădere corespunzătoare a temperaturii. În acest fel, refrigerantul lichid revine la o presiune și o temperatură scăzută și este gata să se evapore din nou, repetând ciclul descris mai sus.

Dispozitivul de expansiune are, de asemenea, funcția de a controla fluxul de refrigerant prin circuit. O cantitate excesivă riscă să deterioreze compresorul, deoarece acesta nu se va evapora complet în evaporator, rămânând parțial în stare lichidă. O cantitate insuficientă reduce sensibil randamentul unității, deoarece evaporatorul nu este exploatat pe deplin.

.