Rodzaje i zastosowanie sprężarek chłodniczych

Sprężarka stanowi jeden z najważniejszych elementów każdego obiegu chłodniczego. To właśnie ten podzespół odpowiada za sprężanie ziębnika w urządzeniach chłodniczych, zanim trafi on do skraplacza. Odmienne wymagania pod względem wydajności, poziomu emitowanego hałasu czy efektywności pracy sprawiają, że w różnych układach chłodniczych oraz klimatyzacyjnych konieczne jest zastosowanie innych rodzajów sprężarek. W niniejszym wpisie przyglądamy się najpowszechniejszym typom.

Jak działa sprężarka chłodnicza? 

Większość urządzeń chłodniczych składa się z czterech głównych elementów, czyli parownika, skraplacza, zaworu rozprężnego oraz sprężarki. Wszystkie wymienione komponenty tworzą zamknięty układ, w którym „wędruje” konkretny czynnik roboczy. Za najważniejszą część takiej instalacji uznaje się właśnie sprężarkę, której zadaniem jest przekształcenie niskociśnieniowego ziębnika w postaci cieczy w wysokociśnieniowy gaz.

Jak dokładnie wygląda cały proces obiegu czynnika chłodniczego? Sercem układu jest sprężarka – w niej ziębnik (w postaci gazu) zostaje ogrzany oraz poddany działaniu wysokiego ciśnienia, a następnie przepływa do skraplacza. Tam sprężony gaz oddaje nagromadzoną energię cieplną i ulega kondensacji, czyli wraca do stanu ciekłego. Częściowo schłodzony ziębnik trafia do zaworu rozprężnego, w którym zmniejsza się jego ciśnienie. Rozprężony czynnik roboczy przepływa do parownika, pochłania ciepło z powietrza i przechodzi w stan gazowy. Gaz trafia ostatecznie do sprężarki, a cały cykl zaczyna się od nowa.

Sprężarki tłokowe

Sprężarki tłokowe cechują się bardzo prostą budową, dzięki czemu w przeszłości były szeroko wykorzystywane w niskowydajnych układach chłodniczych na potrzeby domowe i komercyjne. Chociaż takie podzespoły są coraz częściej zastępowane przez sprężarki rotacyjne (przede wszystkim ze względu na wydajniejszą pracę), to wersje tłokowe wciąż stanowią dość powszechne rozwiązanie, zwłaszcza w instalacjach z bardzo wysokimi wymaganiami wydajności.

W urządzeniach tłokowych, jak wskazuje zresztą sama nazwa, sprężanie czynnika chłodniczego zachodzi na skutek ruchu posuwisto-zwrotnego tłoków. Ogólna zasada działania przypomina więc klasyczny silnik spalinowy – tłoki sprężarki chłodniczej poruszają się w górę i w dół wewnątrz cylindrów, zasysając gaz chłodniczy z parownika (poprzez zawory ssące), a następnie go sprężając (czynnik opuszcza cylindry przez zawory upustowe). Poszczególne tłoki sprężarki są napędzane wałem korbowym.

W tym miejscu warto wspomnieć, że sprężarki tłokowe to dość szeroka grupa urządzeń, którą dodatkowo można podzielić na mniejsze podgrupy, np. ze względu na zastosowane rozwiązania konstrukcyjne, liczbę cylindrów czy stopień sprężania.

Sprężarki spiralne

Sprężarki spiralne to urządzenia rotacyjne, które do swojej pracy wykorzystują dwie spirale – jedną nieruchomą oraz jedną poruszającą się ruchem mimośrodowym (za jej napędzanie odpowiada wałek korbowy o małym wykorbieniu). Czynnik roboczy dostaje się do wnętrza sprężarki poprzez wlot zlokalizowany w górnej części obudowy – ruch spirali zasysa gaz, a następnie zamyka go w jednej z kieszeni powietrznych, doprowadzając tym samym do jego sprężania.

Dużą zaletą tego typu sprężarek jest mniejsza waga oraz wymiary w porównaniu z modelami tłokowymi. Co więcej, sprężarki spiralne cechują się niskim poziomem hałasu oraz ograniczonymi drganiami w czasie pracy.  Sprężarki spiralne są wykorzystywane przede wszystkim w urządzeniach chłodniczych i klimatyzacyjnych, zarówno przeznaczonych na użytek domowy, jak i komercyjny. Podzespół sprawdza się jednak równie dobrze w pompach ciepła.

Sprężarki łopatkowe

Najważniejszą częścią sprężarek łopatkowych jest specjalny rotor zamontowany wewnątrz cylindrycznej obudowy z dwoma otworami, tj. ssącym oraz tłocznym. Do sprężania czynnika chłodniczego dochodzi na skutek rotacji mimośrodowej elementu roboczego. Co ciekawe, istnieje również tzw. podwójna wersja sprężarki, czyli wyposażona w dwa rotory, które obracają się w przeciwnych kierunkach. Bardziej zaawansowany model działa ciszej, wydajniej, a przy okazji generuje mniejsze drgania, dlatego w niektórych wypadkach okazuje się lepszym wyborem niż sprężarki spiralne.

Sprężarki łopatkowe w swojej podstawowej wersji odznaczają się niskim kosztem oraz kompaktowymi wymiarami. Dzięki temu ten rodzaj komponentów jest szczególnie zalecany do domowych urządzeń chłodniczych o niskiej wydajności, takich jak m.in. lodówki, zamrażarki czy klimatyzatory.

Sprężarki śrubowe

Działanie sprężarek śrubowych opiera się na pracy dwóch splatających się śrub – wraz z ich obrotem pomiędzy płaty wspomnianych elementów roboczych zostaje zassany czynnik chłodniczy (dostaje się tam przez otwór ssawny). Następnie, w wyniku rotacji śrub, ziębnik jest wtłaczany w małą przestrzeń, co doprowadza do jego sprężania. Sprężony gaz wydostaje się na końcu ze sprężarki przez otwór tłoczny.

Wyższy współczynnik sprężania niż w przypadku sprężarek tłokowych sprawia, że modele śrubowe są chętnie wykorzystywane przede wszystkim w chłodniczych oraz klimatyzacyjnych instalacjach przemysłowych o dużej wydajności. Co ciekawe, podzespoły tego typu stosuje się także w kolejnictwie, głównie w celu zapewnienia odpowiedniego ciśnienia roboczego powietrza w przewodach hamulcowych.