Koeltechniek

Koeltechniek is een verzameling van technische oplossingen om ruimtes, voorwerpen en stoffen af te koelen en koel te houden, door er warmte aan te onttrekken en deze op een andere plaats weer af te geven. In grote lijnen kan koeling op twee verschillende manieren plaatsvinden:

door gebruik te maken van stoffen die al een lagere temperatuur hebben, bijvoorbeeld door water te gebruiken voor het koelen van de generator van een energiecentrale, of door lucht te gebruiken voor het koelen van de motor in een motorfiets.

door gebruik te maken van een warmtepomp zoals in een koelkast.

Als het gaat over het afkoelen tot extreem lage temperaturen spreken we over cryogene techniek. In Nederland heeft een aantal bijzonder vooraanstaande wetenschappers werk verricht aan deze techniek, in het bijzonder Heike Kamerlingh Onnes.

Er zijn verschillende manieren om te koelen :

Warmtepomp of koelkast : koelcompressormachine
Peltier-effect element of thermo-elektrisch effect
Absorptiekoeling
Stirlingkoelers
Thermo akoestische koelmethodes
Laserkoeling
Air cycle machine
Vortex tube

Inhoud

[bewerk] Absorptiekoeling

Is een koelproces dat op een gas-, spiritus- of petroleum-brandertje werkt (absorptiekoeling), wat gebruikt wordt in situaties waar geen elektriciteit beschikbaar is, bijvoorbeeld in caravans.

[bewerk] Warmtepomp of koelmachine

Thermodynamische warmtepompen en koeltechniek cycli zijn de wiskundige modellen voor warmtepomp en koelkasten. Het verschil tussen de twee is dat een warmtepomp gemaakt is om iets op te warmen of warm te houden terwijl een koelmachine gemaakt is om iets af te koelen. Technisch gesproken is een koelmachine ook een warmtepomp.

[bewerk] Werking

circuit warmtepomp

Het "hart" van een koelkast is een warmtepomp: de koelende werking berust op de verdamping van een vloeistof, in de verdamper door het vernevelen van de vloeistof waarbij verdampingswarmte aan de omgeving wordt onttrokken. De damp wordt in een compressor weer samengeperst en daarna vloeibaar gemaakt onder het vrijkomen van warmte die via een warmtewisselaar of buizenstelsel in de vorm van een rooster (de condensor) aan de omgeving wordt afgegeven. Aanvankelijk werd als koudemiddel ammoniak, zwaveldioxide of methylchloride gebruikt, later veelal

Figure 1: Koeling door gas compressie

chloorfluorkoolstofverbindingen (CFK's) zoals Freon R-12, R-22, R502. Toen men zich bewust werd van de schadelijke werking hiervan op de ozonlaag zijn deze verboden geworden. Er is gezocht naar alternatieven. Tegenwoordig wordt daarom gebruikgemaakt van andere moderne koudemiddelen, HFK's waterstoffluorkoolstofverbindingen zoals Suva R-134a en alkanen zoals propaan. De nu nog alom gebruikte term "freon" voor koudemiddelen is sinds de invoering van de HFK's niet meer correct.

Figuur 2: Temperatuur–Entropie diagramma

[bewerk] Stirlingkoelers

Met stirlingkoelers zijn heel efficiënte koelkasten zijn te construeren. Deze hebben echter nog geen ingang op grote schaal gevonden.

[bewerk] Thermo akoestische koelmethodes

Verder zijn er thermo-akoestische koelmethoden. Thermoacoustic refrigeration welke gebruik maakt van geluidsgolven in een samengedrukt gas om een warmtetransport en dus warmteuitwisseling mogelijk te maken.

[bewerk] Peltier-effect koelers

Of thermo elektrisch koelen. In het laboratorium en voor moderne koelboxen wordt tegenwoordig veel gebruikgemaakt van het Peltier-element, Peltier-effect of solid state cooling).

[bewerk] Laserkoeling

Is een koeltechniek die gebruik maakt van lasers om in een gas ultralage temperaturen te bereiken. Het waren de ontwikkelingen in de jaren tachtig op dit gebied die ten grondslag lagen aan de creatie van de eerste Bose-Einsteincondensaten in 1995. De eenvoudigste vorm van laserkoeling is de zogenaamde optische molasse