냉동기계에 관한 기사
냉장고는 역방향으로 작동하는 열기관입니다. 즉, 열기관은 저온 영역에서 열을 흡수하여 고온 영역으로 방출합니다. 이 과정이 일어나려면 열기관은 일을 해야 합니다. 그러나 열은 자연적으로 고온 영역에서 저온 영역으로만 흐릅니다. 열은 저절로 저온 영역에서 고온 영역으로 흐를 수 없습니다. 이는 앞서 설명한 클라우시우스 명제와 일치합니다. 냉장고에서 일어나는 과정에 대해 위의 클라우시우스 명제를 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
냉각기(순환 방식으로 작동하는 기계)는 일을 하지 않고서는 저온에서 고온으로 열을 이동시킬 수 없습니다( 열역학 제2법칙 - 클라우시우스의 명제).
기울임체로 표시된 부분은 열역학 제2법칙의 특별한 설명입니다. 이 설명은 냉동 장치에만 적용됩니다. 에너지의 형태를 바꾸고 에너지를 전달하는 과정은 다음과 같습니다.에너지 
냉각 장치는 아래 그림과 같이 생겼습니다.
기계는 낮은 온도(QL)에서 열을 흡수하여 높은 온도(QH)로 열을 방출하는 일(W)을 합니다 . 에너지 보존 법칙에 따라 QL + W = QH 라는 결론을 내릴 수 있습니다.
열기관에서 효율이라는 용어를 사용한다면, 냉동기에서는 성능 계수(KK)라는 용어를 사용합니다. 냉동기의 성능 계수(KK)는 저온 위치에서 전달된 열량(QL)과 열을 전달하는 데 필요한 일(W)의 비율입니다 . 수학적으로는 다음과 같이 표현할 수 있습니다.
냉동기의 성능 계수를 백분율로 나타내려면 이 식에 100%를 곱하면 됩니다. 이상적인 냉동기의 성능 계수(카르노 냉동기 성능 계수):
우리가 흔히 사용하는 냉방 기기에는 냉장고, 에어컨, 히트펌프 등이 있습니다.
냉장고
응축기는 증기를 액체로 변환하고, 압축기는 압축합니다. 냉각 코일은 일반적으로 냉장고 내부에 위치하고, 응축 코일은 냉장고 외부(냉동고 뒷면)에 위치합니다.
코일 내부에는 액체와 기체 상태가 공존하는 상평형 유체가 있습니다. 이 유체를 냉매라고 합니다. 과거에 흔히 사용되던 냉매는 프레온이었지만, 오존층을 파괴할 수 있기 때문에 현재는 더 이상 사용되지 않습니다.
압축기 모터(전기로 구동됨)는 냉매(기체 형태)를 흡입하여 단열 압축합니다. 단열 압축으로 인해 증기의 온도가 상승합니다. 온도가 상승함에 따라 증기의 압력도 상승합니다. 압축기(고온)와 응축기(저온) 사이의 온도 차이로 인해 고온 고압의 증기가 냉장고 뒷면에 위치한 응축기 코일을 통과하게 됩니다.
증기의 온도는 주변 공기의 온도보다 높기 때문에, 증기가 응축기 코일을 통과할 때 주변 공기에 열을 방출합니다. 응축기에서 응축되면서 증기는 냉각되어 액체가 됩니다. 액체가 된 냉매는 팽창 밸브를 통과하면서 단열 팽창합니다. 단열 팽창으로 인해 액체는 더 차가워집니다(온도가 낮아집니다). 차가워진 액체는 냉장고 내부의 코일을 흐릅니다. 코일 안의 액체는 냉장고 내부의 공기보다 차갑기 때문에 열을 흡수하여 냉매가 기체로 변합니다(냉장고 내부의 열을 흡수합니다). 기체가 된 냉매는 압축기 모터에 의해 흡입되어 단열 압축됩니다. 이러한 과정이 반복됩니다. 냉장고 내부의 열이 코일 안의 액체로 이동하면서 냉장고는 차가워집니다.
AC(에어컨)
비록 기기의 디자인은 다르지만, 에어컨의 기본 작동 원리는 냉장고와 유사합니다. 여기서 냉장고는 방입니다. 일반적으로 냉각 코일은 방 안에 있고, 응축 코일은 방 밖에 있습니다. 응축 코일 뒤에는 팬이 있습니다. 팬은 공기 순환을 조절하고 응축 코일에 바람을 불어넣어 응축 코일과 주변 공기 사이의 열 전달을 촉진하는 역할을 합니다. 반대로 냉각 코일 뒤에는 송풍기가 있습니다. 송풍기의 기능은 팬과 비슷합니다. 팬이 응축 코일의 바람을 바깥쪽으로 불어넣어 열을 주변 공기로 전달하는 것처럼, 송풍기는 냉각 코일의 바람을 안쪽으로 불어넣어 시원한 공기를 방 전체에 퍼뜨립니다.
히트펌프
히트펌프는 일반적으로 추운 겨울에 사용됩니다. 히트펌프의 작동 원리는 냉장고와 유사합니다. 차이점은 냉장고는 실내를 냉방하는 데 사용되는 반면, 히트펌프는 실내를 난방하는 데 사용된다는 것입니다. 냉장고는 실내의 열(QL ) 을 흡수 하여 외부로 방출하는(QH ) 작업을 수행하는 반면 , 히트펌프는 외부의 열(QL ) 을 흡수 하여 실내로 방출합니다(QH ) . 이렇게 추가된 열로 인해 실내가 따뜻해집니다. 여름이 되면 히트펌프는 작동 방식을 반대로 하여 에어컨(AC)처럼 사용할 수 있습니다.
