Urządzenia, takie jak lodówki czy próżniowe komory chłodnicze, nie byłyby w stanie działać w efektywny sposób bez układu odpowiedzialnego za sprężanie powietrza. Wytworzone zimno nie pojawia się w urządzeniach chłodniczych samoczynnie. W rzeczywistości jest ono efektem mechanicznego przenoszenia ciepła z wnętrza za pośrednictwem układu wypełnionego tzw. czynnikiem chłodniczym (np. freonem) i odprowadzenia go na zewnątrz. Choć można spotkać nawet kilkadziesiąt rodzajów sprężarek chłodniczych, różniących się od siebie budową technologiczną i zastosowaniem, to ich mechanizm działania jest z reguły zbliżony do siebie.
Jak wygląda cykl pracy sprężarki chłodniczej?
Można przyjąć, ze dla każdej z nich cykl pracy składa się z następujących etapów:
- sprężarka kompresuje parę czynnika chłodniczego, podnosząc jej ciśnienie i wpycha ją do cewek na zewnętrznej stronie chłodziarki;
- gorący gaz w cewkach spotyka się z niższą temperaturą zewnętrzną i staje się cieczą
- w postaci ciekłej, pod wysokim ciśnieniem, czynnik chłodniczy schładza się, gdy wpływa do cewek wewnątrz chłodziarki;
- czynnik chłodniczy pochłania ciepło wewnątrz chłodziarki, obniżając temperaturę powietrza;
- czynnik chłodniczy odparowuje do gazu, a następnie cykl zaczyna się od nowa.
W jaki sposób przebiega cykl sprężania pary?
Sprężarka jest jednym z najważniejszych elementów układu chłodniczego w oparciu o tak zwany cykl sprężania pary. Ten cykl termodynamiczny wykorzystujący parowanie czynnika chłodniczego wewnątrz zamkniętego obiegu rurowego. Parowanie odbywa się w wymienniku ciepła zwanym parownikiem, który pochłania energię z otaczającego go powietrza. Jest on następnie dostarczany do przestrzeni poddanej chłodzeniu lub do klimatyzowanego pomieszczenia – przez konwekcję naturalną lub z użyciem wentylatora. Po odparowaniu, czynnik chłodniczy nie może już absorbować znacznych ilości energii, a zatem musi powrócić do stanu ciekłego poprzez kondensację (zostaje skroplony). Sprężarka powietrza jest następnie używana do skupienia czynnika chłodniczego do ciśnienia wyższego niż w parowniku (od 8 do 10 razy). Aby proces kondensacji mógł odbywać się w temperaturze zgodnej z dostępnym „zimnym” źródłem, zwykle powietrzem z zewnątrz.
Kondensacja odbywa się zatem w wysokiej temperaturze (zwykle 35-55°C) wewnątrz wymiennika ciepła, gdzie płyny znajdują się na zewnątrz. Chłodziwo skrapla się i powraca do stanu ciekłego, podczas gdy powietrze z zewnątrz będzie ogrzewane. Układ musi mieć możliwość swobodnego pozbycia się ciepła. Jest to do zaobserwowania m.in. w przypadku nagrzanego tyłu lodówki.
Ciekły czynnik chłodniczy pozostaje pod wysokim ciśnieniem, gdy opuszcza skraplacz. Potrzebne jest zatem urządzenie rozprężające do rozszerzenia ciekłego czynnika chłodniczego i zmniejszenia jego ciśnienia do wartości, przy której występuje parowanie. Gdy czynnik chłodniczy powróci do stanu początkowego (cieczy o niskim ciśnieniu i temperaturze), może ponownie absorbować energię z powietrza lub wody. Dlatego też sprężarka ma ciągłość obiegu czynnika chłodniczego wewnątrz zamkniętego obwodu. Umożliwia to ciągłą pracę bez cyklicznej potrzeby uzupełniania zawartości. Jest to też istotne dla mechanizmów pozwalających na automatyczne działanie urządzeń. Sprężarka rozpoczyna pracę za pomocą systemów kontroli temperatury, gdy urządzenie musi zapewnić chłodzenie powyżej danej wartości.
