مقالات مربوط به ماشین آلات تبرید
یخچال یک موتور حرارتی است که به صورت معکوس کار میکند. بنابراین، یک موتور حرارتی گرما را از یک ناحیه با دمای پایین میگیرد و آن را به یک ناحیه با دمای بالا پس میدهد. برای وقوع این فرآیند، موتور باید کار انجام دهد. با این حال، گرما به طور طبیعی فقط از یک ناحیه با دمای بالا به یک ناحیه با دمای پایین جریان مییابد. گرما نمیتواند به خودی خود از یک ناحیه با دمای پایین به یک ناحیه با دمای بالا جریان یابد. این مطابق با بیانیه کلازیوس است که قبلاً مورد بحث قرار گرفت. برای فرآیندی که در یخچال رخ میدهد، بیانیه کلازیوس قبلی را میتوان به صورت زیر نوشت:
برای یک دستگاه خنککننده (که در یک چرخه کار میکند) غیرممکن است که گرما را از مکانی با دمای پایین به مکانی با دمای بالا منتقل کند، بدون اینکه با کار همراه باشد (قانون دوم ترمودینامیک (جمله کلاوزیوس)
متن ایتالیک، بیان خاصی از قانون دوم ترمودینامیک است. این بیان فقط در مورد دستگاههای تبرید صدق میکند. فرآیند تغییر شکل انرژی و انتقال eانرژی روشن 
دستگاه خنک کننده مانند نمودار زیر به نظر می رسد.
دستگاه برای گرفتن گرما از مکانی با دمای پایین (Q) کار (W) انجام میدهد.L) و گرما را به مکانی با دمای بالا (Q) آزاد میکند.H). بر اساس پایستگی انرژی میتوان نتیجه گرفت که QL + W = QH.
اگر در موتورهای حرارتی از اصطلاح راندمان استفاده شود، در موتورهای تبرید از اصطلاح ضریب عملکرد (KK) استفاده میشود. ضریب عملکرد (KK) یک موتور تبرید، نسبت بین گرمای منتقل شده از یک مکان با دمای پایین (Q) است.L) با کار (W) انجام شده برای انتقال گرما. از نظر ریاضی میتوان آن را به صورت زیر نوشت:
اگر میخواهید ضریب عملکرد یک دستگاه تبرید را به درصد بیان کنید، کافیست این معادله را در ۱۰۰٪ ضرب کنید. ضریب عملکرد یک دستگاه تبرید ایدهآل (ضریب عملکرد کارنو برای یک دستگاه تبرید):
ما معمولاً از چندین دستگاه خنککننده استفاده میکنیم، از جمله یخچال، کولر گازی (AC) و پمپهای حرارتی.
یخچال
کندانسور = بخار را به مایع تبدیل میکند، کمپرسور = فشرده میکند. کویلهای خنککننده معمولاً در داخل یخچال قرار دارند، در حالی که کویلهای کندانسور در خارج از یخچال (در پشت یخچال) قرار دارند.
درون کویلها، سیالی در حالت تعادل فازی (مایع و بخار) وجود دارد. این سیال به عنوان مبرد شناخته میشود. مبردی که معمولاً در گذشته استفاده میشد، فرئون بود. فرئون امروزه دیگر استفاده نمیشود زیرا آزاد شدن آن میتواند به لایه اوزون آسیب برساند.
موتور کمپرسور (که با برق کار میکند) مبرد (به شکل بخار) را به داخل میکشد و آن را به صورت آدیاباتیک فشرده میکند. به دلیل فشردهسازی آدیاباتیک، دمای بخار افزایش مییابد. با افزایش دما، فشار بخار نیز افزایش مییابد. اختلاف دما بین کمپرسور (دمای بالا) و کندانسور (دمای پایین) باعث میشود بخار با دمای بالا و فشار بالا از طریق کویلهای کندانسور واقع در پشت یخچال جریان یابد.
دمای بخار بالاتر از دمای هوای اطراف است، بنابراین وقتی از کویل کندانسور عبور میکند، بخار گرما را به هوای اطراف آزاد میکند. از آنجا که توسط کندانسور متراکم میشود، بخار خنک شده و به مایع تبدیل میشود. هنگامی که از شیر انبساط عبور میکند، مبردی که به مایع تبدیل شده است، به صورت آدیاباتیک منبسط میشود. وجود انبساط آدیاباتیک باعث سردتر شدن مایع میشود (دمای آن کاهش مییابد). مایع سرد درون کویلهای داخل یخچال جریان مییابد. از آنجا که مایع درون کویلها سردتر از هوای داخل یخچال است، گرما توسط مایع جذب میشود تا زمانی که مبرد به بخار تبدیل شود (مایع گرما را در یخچال جذب میکند). مبردی که به بخار تبدیل شده است توسط موتور کمپرسور مکیده شده و به صورت آدیاباتیک فشرده میشود. و به همین ترتیب ... (این فرآیند دوباره تکرار میشود). از آنجا که گرمای داخل یخچال به مایع درون کویلها منتقل میشود، یخچال سرد میشود.
کولر گازی (تهویه مطبوع)
اگرچه طراحی دستگاه متفاوت است، اما اصل کار اساسی کولر گازی مشابه یخچال است. در این حالت، محتویات یخچال یک اتاق. معمولاً کویلهای خنککننده در داخل ساختمان قرار دارند، در حالی که کویلهای کندانسور در فضای باز قرار دارند. یک فن در پشت کویلهای کندانسور قرار دارد. وظیفه فن تنظیم گردش هوا و دمیدن به کویلهای کندانسور است که باعث میشود انتقال حرارت بین کویلهای کندانسور و هوای اطراف سریعتر انجام شود. برعکس، یک دمنده در پشت کویلهای خنککننده قرار دارد. عملکرد آن شبیه به یک فن است. در حالی که یک فن، کویلهای کندانسور را به بیرون میدمد و گرما را به سمت هوای اطراف هدایت میکند، دمنده کویلهای خنککننده را به داخل میدمد و اجازه میدهد هوای خنک در سراسر اتاق پخش شود.
پمپ حرارتی
پمپهای حرارتی معمولاً در مناطق سردسیر استفاده میشوند. اصل کار پمپ حرارتی مشابه یخچال است. تفاوت این است که یخچال وسیلهای است که برای خنک کردن اتاق استفاده میشود، در حالی که پمپ حرارتی برای گرم کردن اتاق استفاده میشود. یخچال برای حذف گرما از اتاق کار انجام میدهد (Q)L) و آن را بیرون از اتاق پرتاب کنید (س)H) ، سپس پمپ حرارتی گرما را از خارج از اتاق میگیرد (QL) و آن را به داخل اتاق پرتاب کنید (س)Hگرمای اضافه شده باعث گرمتر شدن اتاق میشود. با فرا رسیدن تابستان، میتوان پمپ حرارتی را به یک دستگاه تهویه مطبوع (AC) تغییر داد.
