Un réfrigérateur est essentiellement un moteur thermique fonctionnant en sens inverse. Un moteur thermique prend la chaleur à partir d'un réservoir et qu'il utilise pour faire un travail mécanique; pas de moteur thermique est efficace à 100 pour cent, alors une partie de l'énergie calorifique est transportée vers un réservoir à basse température. Un réfrigérateur, en revanche, fait un travail mécanique sur un système pour transférer la chaleur à partir d'un réservoir à basse température à un réservoir à haute température. Matériaux choisis comme réfrigérants partagent certaines propriétés thermophysiques souhaitables.
Fonction
Réfrigérateurs transfèrent la chaleur à travers un processus cyclique. Tout d'abord, le réfrigérant gazeux est comprimé, ce qui augmente sa pression et sa température. Ce fluide frigorigène à haute pression commence alors à se condenser en un liquide dans le condenseur. Condensation libère de la chaleur; de sorte que le réfrigérant se condense, il déverse la chaleur à l'arrière du réfrigérateur. Ensuite, il se déplace à travers une vanne de détente, où il subit une chute de pression considérable afin qu'il se vaporise. L'évaporation absorbe la chaleur; de façon qu'il s'évapore, le réfrigérant absorbe la chaleur de l'air dans le réfrigérateur. Enfin, il se déplace de nouveau dans le compresseur pour répéter le cycle.
Propriétés
Frigorigène doit avoir un point d'ébullition bas pour qu'il puisse se condenser dans le condenseur et faire évaporer l'extérieur de la soupape de détente. En outre, il devrait avoir un bas point de congélation. Un réfrigérant avec un point de congélation élevé pourrait se solidifier dans certaines parties du cycle; l'eau, par exemple, serait mal adapté au refroidissement d'un réfrigérateur. Elle devrait également présenter une bonne conductivité thermique de manière à pouvoir transférer rapidement la chaleur à la fois dans l'évaporateur et le condenseur.
Chaleur latente et spécifique
La chaleur latente et spécifique sont deux autres propriétés thermodynamiques importantes à considérer. La chaleur latente de vaporisation est la quantité d'énergie thermique nécessaire pour vaporiser une quantité spécifique de fluide frigorigène tandis que la chaleur spécifique est la quantité nécessaire pour augmenter la température d'une quantité spécifique de fluide frigorigène de 1 degré Celsius. De bons fluides frigorigènes ont une faible chaleur spécifique, mais une forte chaleur latente. Les moyens de forte chaleur latente qu'une grande quantité de chaleur sera absorbée lors de la vaporisation et libérée lors de la condensation.
Considérations
De bons fluides frigorigènes ont une haute température et point critique à haute pression. Le point critique est la pression et la température à laquelle le matériau ne présente plus une transition bien définie entre le liquide et le gaz. Il n'y a pas que les propriétés thermodynamiques du fluide frigorigène qui comptent, cependant; il y a d'autres caractéristiques physiques à considérer ainsi. Un réfrigérant doit être non corrosif et ininflammable, pour des raisons de sécurité. Il devrait également être respectueux de l'environnement - chlorofluorocarbures ont de nombreuses propriétés souhaitables, mais peuvent se briser dans la haute atmosphère et catalyser la destruction de l'ozone. Enfin, et peut-être le plus important de tous, le réfrigérant devrait être pas cher.