”Kylcykel med ångkompression” är det namn som används för att beskriva hur de slutna kretsar som används i kyltillämpningar fungerar.
Detta utnyttjar avdunstningen av ett köldmedium i kretsen, närmare bestämt i en värmeväxlare som kallas förångare, som absorberar energi från den omgivande luften. Denna energi levereras sedan till förvaringsutrymmet för livsmedel genom naturlig eller fläktdriven konvektion (se även ”KALLT” och ”TRYCK & TEMPERATUR”).
När köldmediet har avdunstat kan det inte längre absorbera betydande mängder energi och måste därför återgå till flytande tillstånd genom kondensering.
Problemet uppstår alltså att ha en miljö som är tillräckligt ”kall” för att absorbera energi från köldmediet, vilket naturligtvis inte kan vara samma förvaringsutrymme som just har kylts ned.
Då man utnyttjar korrelationen mellan tryck och temperatur för tillståndsändring, där högre tryck motsvarar högre temperaturer, använder man en kompressor för att komprimera köldmediet till ett tryck som är högre än i förångaren (upp till 8-10 gånger!) så att kondensationsprocessen kan äga rum vid en temperatur som är förenlig med en lättillgänglig ”kall” källa, vanligen uteluften.
Kondensationen sker alltså vid en hög temperatur (vanligen 35-55°C) i en värmeväxlare där de två vätskorna är uteluft och köldmedium. Det senare kondenseras och återgår till flytande tillstånd, medan uteluften värms upp.
Det flytande köldmediet har fortfarande ett högt tryck när det lämnar kondensorn. En expansionsanordning behövs därför för att expandera det flytande köldmediet och sänka trycket till det värde vid vilket avdunstning sker; köldmediet har nu återgått till sitt ursprungliga tillstånd (flytande vid lågt tryck och låg temperatur) och kan återigen absorbera energi från luften i förvaringsutrymmet för livsmedel.
De viktigaste komponenterna i en köldmediekrets är därför:
Förångare: Detta är en värmeväxlare som liknar en radiator när den används med luft (lamellbatteri) eller mer kompakt när den används med vatten (plattvärmeväxlare, rörbunt); den utbyter energi genom konduktion mellan köldmediet som avdunstar och ändrar sitt tillstånd från vätska till gas, och den omgivande luften (eller vattnet) som kyls av detta. Avdunstningen sker vid praktiskt taget konstant tryck och temperatur, med undantag för en liten tryckförlust. Köldmediet som lämnar förångaren är en överhettad gas vars temperatur är något högre än förångningstemperaturen.
Kompressor: Detta är en anordning som tillhandahåller volymmässig komprimering, dvs. en progressiv minskning av volymen, med hjälp av roterande eller fram- och återgående system. Kompressorn har till uppgift att cirkulera köldmedium i kretsen, närmare bestämt dra in det som gas från förångaren och sedan komprimera det och leverera det med högre tryck till kondensorn. Det mekaniska arbete som utförs av kompressorn innebär en betydande ökning av gasens temperatur (ibland över 100 °C) och en betydande energiförbrukning. Kompressorns effektförbrukning beror på skillnaden mellan de två arbetstrycken. Det köldmedium som kommer in i kompressorn måste vara i gasform, eftersom vätskor är inkomprimerbara. Kompressorn börjar arbeta när enheten behöver tillhandahålla kyla, och aktiveras vanligtvis via temperaturkontrollsystem.
Kondensor: Detta är en värmeväxlare som liknar en förångare men är något större, och kan också vara en lamellbatteri, plattvärmeväxlare eller rörbunt. Den utbyter energi mellan uteluften (eller vattnet) som blåses ut av fläktarna och köldmediet i form av varm gas som släpps ut av kompressorn. Köldmediet kyls ner och kondenseras sedan vid en praktiskt taget konstant temperatur och tryck, vilket innebär att det genomgår en liten underkylning. Vid kondensorns utlopp kommer köldmediet att vara i flytande tillstånd vid högt tryck och med en temperatur som är något lägre än kondenseringstemperaturen.
Expansionsanordning: Denna består av en kalibrerad öppning, ett tunt kapillärrör eller en mekanisk eller motordriven reglerventil med mikroprocessorstyrning. Den strypning som expansionsanordningen åstadkommer sänker trycket på det flytande köldmedium som lämnar kondensorn utan energiutbyte. Detta utnyttjar Bernoulli-principen som innebär att en vätskas hastighet genom en begränsning ökar avsevärt, vilket leder till en tryckminskning och en motsvarande temperatursänkning. På detta sätt återgår det flytande köldmediet till lågt tryck och låg temperatur och är redo att avdunsta igen, vilket upprepar den ovan beskrivna cykeln.
Expansionsanordningen har också funktionen att styra köldmedieflödet genom kretsen. En för stor mängd riskerar att skada kompressorn eftersom det inte kommer att avdunsta helt i förångaren, utan förblir delvis i flytande tillstånd. En otillräcklig mängd minskar på ett känsligt sätt enhetens effektivitet, eftersom förångaren inte utnyttjas fullt ut.