Une machine frigorifique est un appareil qui transfère la chaleur d'une région à basse température-à une région à température élevée-par le biais de méthodes physiques ou chimiques, obtenant ainsi un effet de refroidissement. Son principe de base est basé sur le cycle de Carnot inversé ou cycle de compression de vapeur en thermodynamique.
Le principe de fonctionnement d'une machine frigorifique repose principalement sur le cycle de Carnot inversé (modèle idéal) ou le cycle à compression de vapeur (application pratique). En prenant le cycle de compression de vapeur comme exemple, son cœur est de réaliser un transfert de chaleur grâce au processus de changement de phase du réfrigérant (tel que le fréon, l'ammoniac, le dioxyde de carbone, etc.) :
Étape de compression : le compresseur comprime le réfrigérant gazeux à basse-température et basse-pression en un gaz à haute-température et haute-pression. Ce processus consomme de l'énergie électrique et augmente la température du réfrigérant.
Étape de condensation : le gaz à haute-température et haute-pression pénètre dans le condenseur, où il libère de la chaleur vers l'environnement externe par dissipation thermique (comme le refroidissement par air ou par eau), et le réfrigérant se condense en un liquide à haute-pression.
Étape d'étranglement : le liquide à haute-pression est étranglé à travers un détendeur ou un tube capillaire, provoquant une chute soudaine de pression qui conduit à une vaporisation partielle du liquide, absorbant la chaleur environnante et refroidissant.
Étape d'évaporation : le réfrigérant liquide à basse-température et basse-pression pénètre dans l'évaporateur, absorbe la chaleur de l'espace cible (comme une chambre froide) et se vaporise complètement, complétant ainsi le processus de refroidissement. Ensuite, le réfrigérant gazeux retourne au compresseur pour y circuler.