Algeneme principes van de koudeproductietechniek

Koudeproductie berust op een relatief eenvoudig principe. Het volstaat de stoom, die bij lage temperatuur ontstaat, samen te drukken, zodat deze stoom kan condenseren door het afstaan van zijn warmte aan de natuurlijke omgeving.

In de praktijk is een koelinstallatie een machine waarmee men een midden kan afkoelen, dus kouder dan de omgeving kan maken. Daar de natuurlijke overgang van de warmte steeds van een warm lichaam naar een koud lichaam gebeurt, kan men dus een koelinstallatie omschrijven als een systeem waarmee men het natuurlijke warmteoverdrachtsproces kan omkeren. Energie gaat dan over van een koud naar een warm midden. Dit omgekeerde overdrachtsproces gaat natuurlijk energie kosten.

De rol van een koelinstallatie is dus het overbrengen van warmte van een midden aan lage temperatuur (koudebron) naar een midden met hogere temperatuur (warmtebron).
Het apparaat neemt de warmte op uit het koude midden (dus produceert koude) en geeft deze warmte door aan het warme midden (dus produceert warmte). Indien het beoogde resultaat de productie van warmte is, wordt het toestel een warmtepomp genoemd.
Een warmtepomp is in feite een omgekeerd gebruikte koeler. In een koelkast is het beoogde effect de productie van koude, m.a.w. het onttrekken van warmte aan de voedingswaren die we in de koelkast hebben geplaatst. Het is dankzij het koelcircuit dat de overdracht van warmte mogelijk wordt. Een warmtepomp werkt volgens exact hetzelfde principe als een koelkast.

Een koelmachine laat toe warmte van een koud midden naar een warm midden over te brengen dankzij een compressiesysteem.

Dit koelsysteem bestaat meestal uit de volgende vier elementen:

  • een compressor
  • een condensator
  • een ontspanningsorgaan
  • een verdamper

Een koelgas zorgt voor de thermische overdracht tussen de verschillende onderdelen.

  1. De compressor: zuigt eerst het koelgas (lage temperatuur en druk) op. De mechanische energie opgewekt door de compressor doet de druk en temperatuur van het koelgas toenemen. Dit heet de compressiefase.
  2. De condensator: het warme gas aan hoge druk afkomstig van de compressor wordt naar de condensator geleid. Deze laatste is een warmte-uitwisselaar waarin aan één kant het externe op te warmen midden zit (lucht of water) en aan de andere kant het koelmiddel dat moet afgekoeld worden. De gassen stann hun warmte af aan het op te warmen externe midden; deze fase is de afkoeling van de overmatige hitte van de hogedrukgassen totdat de koelgassen het vloeistof-dampevenwicht hebben bereikt. De stoom gaat dan condenseren bij constante temperatuur en druk; dit heet de condensatiefase.
  3. Het ontspanningsorgaan: de vloeistof die in de condensator wordt gevormd, wordt van hoge naar lage druk gebracht. Deze ontspanning gebeurt in de ontspanner. Tijdens deze ontspanning wordt een gasvormige fase gevormd.
  4. De verdamper: bij lage druk is de temperatuur van het vloeistof-dampevenwicht lager. De verdamper is een warmte-uitwisselaar waarbinnen aan één kant het koelmiddel uit de ontspanner loopt en aan de andere kant de externe bron waaraan warmte wordt onttrokken (water of lucht). De koelvloeistof afkomstig uit de ontspanner gaat koken doordat ze de hitte van de externe bron gaat absorberen. Het aldus gevormde gas wordt meestal lichtjes opgewarmd door de externe bron, deze fase is het overmatig verwarmen. Het gas wordt vervolgens opnieuw opgezogen door de compressor voor een nieuwe cyclus.