Compressorkoelmachines
Bij compressorkoelmachines wordt gebruik gemaakt van een kringloop
met een koudemiddel. Het werkingsprincipe is als volgt:
Vloeibaar koudemiddel verdampt in de verdamper. De warmte, die nodig
is voor het verdampen, wordt onttrokken aan water of een andere vloeistof,
die door pijpen in de verdamper wordt gevoerd. Het verdampte koudemiddel
wordt door een compressor op een hogere druk gebracht. Dankzij die hogere
druk kan het koudemiddel op een hogere temperatuur in een condensor
weer vloeibaar worden gemaakt.
De warmte, die vrijkomt bij het condenseren, wordt bij een luchtgekoelde
koelmachine afgevoerd naar de buitenlucht. Bij een watergekoelde uitvoering
gebruikt men koelwater voor de afvoer van de warmte. Het vloeibare koudemiddel
gaat vanuit de condensor weer terug naar de verdamper.
Bij vloeistofkoelaggregaten in airconditioninginstallaties wordt het
water in de verdamper gewoonlijk gekoeld van 12 naar 6 °C. In de
industrie wordt ook ijswater gebruikt, en voor water met antivries worden
bij proceskoeling gewoonlijk temperaturen tot min 15 °C geleverd.
Het aandrijfvermogen van de compressor neemt toe met het verschil
tussen de temperatuur in de verdamper en die in de condensor. Het energieverbruik
hangt verder samen met de eigenschappen van het koudemiddel, het type
compressor en optimalisaties in het koelproces, waaronder onderkoeling
van het vloeibare koudemiddel uit de condensor. In de loop der tijd
zijn er verschillende types compressoren ontwikkeld naast de traditionele
zuigercompressor.
Zuigercompressoren
De eerste koelcompressoren waren zuigermachines. Bij de zuigercompressor
wordt het gasvormige koudemiddel aangezogen bij de neergaande slag van
de zuiger in een cilinder. Bij de opgaande slag van de zuiger sluit
de inlaatklep en het gas wordt dan gecomprimeerd. Als de druk voldoende
hoog is geworden, gaat de uitlaatklep open en kan het gecomprimeerde
gas in de leiding naar de condensor stromen.
De in- en uitlaatkleppen worden gewoonlijk dichtgedrukt door stalen
veren. Bij een bepaald drukverschil gaat de klep open. Voor deellastregeling
kunnen bij zuigercompressoren met meerdere cilinders de kleppen worden
voorzien van kleplichters. Daardoor kan men één of meerdere
cilinders in feite uitschakelen.
Schroefcompressoren
Schroefcompressoren hebben bij de middelgrote vermogens in vloeistofkoelaggregaten
de zuigercompressoren voor een groot deel verdrongen in de laatste tientallen
jaren. Bij de tweeschroefscompressor zijn er twee rotoren met een spiraalvormige
vertanding, die in elkaar grijpen . Eén van de twee rotoren wordt
door een motor aangedreven. Het gas wordt ingesloten tussen de rotorlobben
en vervolgens wordt het volume voor het gas bij het draaien van de rotoren
steeds verder verkleind, waardoor de druk stijgt. Door de injectie van
smeerolie worden de rotoren gesmeerd en wordt het terugstromen van gas
tussen de rotorprofielen verminderd. De smeerolie zorgt ook voor een
koelend effect bij het comprimeren.
Een variant is de schroefcompressor met enkele rotor. Een getande
schijf aan weerskanten van de schroefrotor neemt dan de functie van
de tweede rotor over.
Scrollcompressor
Bij kleine koelvermogens is de scrollcompresor bijzonder populair geworden.
De scrollcompressor heeft twee spiralen, waartussen het gas wordt samengeperst.
Een grafische representatie van dit proces kan worden bekeken door op
het figuur rechts van deze tekst te klikken (opent nieuw venster).
Centrifugaalcompressor
De centrifugaalcompressor is een radiale turbine evenals de turbocompressor
in een moderne automotor met drukvulling. Door de centrifugaalkracht
krijgt het gas in het turbinewiel, dat met hoge snelheid ronddraait
een grote snelheid, die wordt omgezet in druk. Om de capaciteit te regelen
gebruikt men inlaatgeleideschoepen, die het gas onder een hoek inbrengen
in het wiel. Onder bepaalde condities bij lagere gasdoorstroming en
een groot drukverschil, kan instabiliteit optreden (surge), wat met
heftige trillingen gepaard gaat. Door nieuwe ontwikkelingen zoals toerenregeling
van de compressor, hoeft deze typische eigenschap van de centrifugaalcompressor
in de praktijk geen probleem te zijn.
Traditioneel zijn centrifugaalkoelmachines alleen voor zeer grote
koelvermogens. Dankzij nieuwe technologie zijn er nu ook waterkoelmachines
met dit type compressor in koelvermogens vanaf circa 500 kW, die een
zeer interessant alternatief zijn voor de koelmachines met schroefcompressor.
