Kompressionskältemaschine
Die Kompressionskältemaschine ist eine Kältemaschine, die den physikalischen Effekt der Verdampfungsenthalpie bei Wechsel des Aggregatzustandes von flüssig zu gasförmig nutzt; diese sehr häufige Bauform wird in den meisten Kühlschränken genutzt.
Ein Kältemittel, das in einem geschlossenen Kreislauf bewegt wird, erfährt nacheinander verschiedene Aggregatzustandsänderungen. Dabei wird ausgenutzt, dass sich die Kondensations- und die Siedetemperatur eines Gases (hier des Kältemittels) abhängig von seinem Druck verändert. Das gasförmige Kältemittel wird zunächst durch einen Kompressor komprimiert (verdichtet), wobei die Siedetemperatur steigt. Im folgenden Wärmeübertrager (Verflüssiger) kondensiert (verflüssigt) es unter Wärmeabgabe. Anschließend wird das flüssige Kältemittel aufgrund der Druckänderung über eine Drossel, zum Beispiel ein Expansionsventil oder ein Kapillarrohr, entspannt, wobei die Siedetemperatur sinkt. Im nachgeschalteten zweiten Wärmeübertrager (Verdampfer) verdampft das Kältemittel unter Wärmeaufnahme bei niedriger Temperatur (Siedekühlung). Der Kreislauf kann nun von vorne beginnen. Der Prozess muss von außen durch Zufuhr von mechanischer Arbeit (Antriebsleistung) über den Kompressor in Gang gehalten werden.
Das Kältemittel nimmt eine Wärmeleistung auf einem niedrigen Temperaturniveau (zum Beispiel 5 °C kalter Kühlschrankinnenraum) auf und gibt sie unter Zuführung von mechanischer Arbeit auf einem höheren Temperaturniveau an die Umgebung ab (zum Beispiel 35 °C Verflüssigungstemperatur in dem Wärmeübertrager auf der Kühlschrankrückseite).
Der Carnot-Prozess bildet den Kälteprozess mit der höchsten Leistungsziffer; er kann in realen Kompressionskälteanlagen nur annähernd erreicht werden, da die thermodynamischen Zustandsänderungen des Carnot-Prozesses in realen Anlagen nur annähernd technisch umgesetzt werden können.
Die Bandbreite der Kompressionskälteanlagen reicht von relativ einfachen Kühlschrank-Kompressionskälteanlagen mit Kälteleistungen von einigen 100 W bis zu Großanlagen für Kühlhäuser oder zur Klimatisierung von Bergwerken (Wetterkühlmaschine) mit Kälteleistungen über 10 MW.