Külmuti

Külmuti ehk külmutusseade on seade, millega tekitatakse ja säilitatakse keskkonna temperatuurist madalamat temperatuuri.
Mehaanilise energia, elektri- või muu energia, aga ka soojuse varal toimub külmutis pöördringprotsess (Carnot' ringprotsess), milles soojus kandub madalama temperatuuriga kehalt või keskkonnast kõrgema temperatuuriga kehale või keskkonda. Sama soojusülekande põhimõtet kasutab soojuspump. Ainet, mille vahendusel soojus üle kandub, nimetatakse külmaaineks ehk külmutusagensiks. Kasutatavamad külmaained on freoonid, süsinikdioksiid (süsihappegaas) CO₂, ammoniaagi, liitiumbromiidi, naatriumkloriidi, kaltsiumkloriidi vesilahused, propaan, etaan, eteen ja vesi. Soojuse ülekandmiseks väliskeskkonda kasutatakse mõnikord vahesoojuskandjaid – mittemürgiseid, tuleohutuid, lõhnata aineid.
Külmuteid kasutatakse koduse majapidamise kõrval toiduainete jahutamisel, külmutamisel ja hoidmisel kaupluses, piima jahutamisel lehmalaudas, veovahendites (külmutusautod, -laevad, -vagunid jt) samuti toiduaine-, keemia- jt tööstuste tehnoloogiliste operatsioonide teostamisel, tehisjää tekitamiseks liuväljal. Ehituses külmutatakse vesist ebastabiilset pinnast (jõgede ja veekogude all) tunnelkollektorite, metroo-, raudtee- ja maanteetunnelite rajamisel.

Külmutite ajalugu

Esimesed külmutid valmisid 19. sajandi keskel – eetriga aurukompressorkülmuti 1834. aastal, õhukompressorkülmuti 1849. aastal, absorptsioonkülmuti 1860. Efektiivsemaid külmuteid hakati ehitama 1870. aastail tuginedes C. von Linde töödele.

Külmuti automaatika

Külmuti töö automatiseeritakse, et külmuti oleks võimeline töötama iseseisvalt inimese pideva järelevalveta ja töörežiimid oleksid optimaalsed. Külmutite automatiseerituse tase ja tehnilised vahendid võivad olla erinevad.

Temperatuuriregulaator

Lihtsaim lahendus, mida alati kasutatakse on külmuti töö juhtimine jahutatava keskkonna temperatuuri järgi, näiteks külmkapis on temperatuuriregulaator (temperatuurirelee), mis lülitab kapi kompressori mootori välja, kui soovitud madal temperatuur on saavutatud uuesti sisse kui temperatuur tõuseb mingi diferentsi (reguleerimistemperatuuride vahemik) võrra. Sellist reguleerimist nimetatakse kahepositsiooniliseks reguleerimiseks (ON-OFF). Kahepositsioonilist regulaatorit nimetatakse ka releeks. Joonisel 2 on temperatuuriregulaator 4.

Temperatuurireleeks võib olla kapillaartoruga ühendatud lõõtsik, mis on täidetud kergestiaurustuva vedelikuga (propaan). 
 Lõõtsik on ühendatud lülitiga, mille kontaktid on mootori elektriahelas jadamisi. Lõõtsiku juurde kuulub ka seadelüli, millega saab määrata soovitud reguleerimistemperatuuri. Temperatuuri langemisel auru maht lõõtsikus väheneb, see tõmbub kokku, lüliti kontaktid avanevad ja mootor seiskub. Temperatuuri tõustes kulgeb protsess vastupidi, mootor käivitatakse. Mõnikord nimetatakse temperatuurireleed termostaadiks, kuigi viimane tähendab konstantse temperatuuri hoidmiseks mõeldud kinnist ruumi koos kütte- ja/või jahutusseadmete ning temperatuuriregulaatoriga.
Täiuslikum automaatika muudab kompressosimootori kiirust sujuvalt, proportsionaalselt jahutatava keskkonna temperatuuriga (proportsionaalreguleerimine, st, mida kõrgem on temperatuur, seda suurem on mootori kiirus). Mootori kiiruse sujuva reguleerimisega saavutatakse kompressori suurem efektiivsus, energia kokkuhoid. Mootori kiiruse muutmiseks tuleb kasutada sagedusmuundurit. Praktikas nimetatakse seda sageli inverteriks, mis ei ole aga täpne – inverter on vaheldi, sagedusmuunduri üks osa. Kompressori kiiruse sujuva reguleerimisega hoitakse energiat kokku seetõttu, et külmuti kompressor ei tööta kunagi kestvalt täisvõimsusega. Näiteks kui aurusti koormus on pool maksimaalsest, siis positsioonreguleerimisel mootor töötab pool aega (50%) koguajast, lülitudes vaheldumisi sisse-välja 50% tsükliga. Energiat kulub kaks korda vähem nimiolukorraga võrreldes. Sagedusmuunduriga juhtimisel mootor töötab poole kiirusega võrreldes nimikiirusega, kompressori rõhk väheneb 2² = 4 korda, pumba võimsus, seega ka tarbitud energia väheneb 2³ = 8 korda. Nii et sujuval reguleerimisel kompressori mootori energiatarve väheneb selle näite puhul neli korda. Sagedusmuunduri tasuvusajast

Rõhuregulaator

Kompressori töö kontrollimiseks kasutatakse rõhureleed (joonis 1 ja 2). Kompressori rõhureleel on maksimaalse ja minimaalse rõhu andur. Piiratakse kompressori survepoole maksimaalset rõhku ja imipoole minimaalset rõhku, kui survepoole rõhk ületab soovitud maksimaalväärtuse ja/või imipoole rõhk on alla soovitud minimaalväärtust, siis rõhurelee seiskab kompressori mootori, rõhkude normaliseerumisel mootor käivitatakse uuesti. Sagedusmuunduriga mootori juhtimisel saab seada mootori kiiruse sõltuvaks rõhust, nii et rõhud ei väljuks soovitud piiridest.

Termoreguleerventiil

Aurusti töö optimeerimiseks kasutatakse termoreguleerventiili, see on mõeldud aurustisse siseneva külmaaine vooluhulga reguleerimiseks sõltuvalt aurustist väljuva külmaaine temperatuurist ja rõhust. Tööpõhimõttelt on see otsetoime temperatuuri­regulaator. Regulaator koosneb termo­balloonist 3, kapillaartorust 2 ja membraanist 1 (joonis 4). Süstee­mid võivad olla välise või seesmise tasakaalustuse­ga. Aurusti koormuse suurenemisel aurustumine intensiivistub, külmaaine temperatuur tõuseb, suureneb rõhk membraani peal, paisventiili 7 avatakse rohkem ja seega suureneb kulmaaine juurdevool. Kompressori seiskamisel ei imeta külmaainet aurustist enam ära, rõhk tõuseb ja ventiil 7 sulgub, seega tõkestatakse vedela külmaaine juurdevool aurustisse.