Der Kältekreislauf ist eine umgekehrt arbeitende Wärmekraftmaschine, die als Phasenwechsel-Wärmepumpe bekannt ist. Die Verwendung eines Kühlmittels, das bei einer niedrigen Temperatur siedet, erzeugt eine relative Kälte und senkt die Temperatur des Kühlschranks auf ein Niveau, das verhindert, dass sich Bakterien vermehren und Lebensmittel verderben. Ein Kältekreislauf funktioniert im Wesentlichen nach dem gleichen Prinzip, bei dem sich Ihre Hand kalt anfühlt, wenn Wasser verdunstet. Andere Flüssigkeiten, darunter auch sogenannte Kältemittel, erzeugen beim Verdampfen noch niedrigere Temperaturen.
Der Kältekreislauf ist ein geschlossener Gaskreislauf, der vier Stufen durchläuft. Die erste Stufe ist der Kompressor, der das Kältemittel komprimiert, um seine Temperatur zu erhöhen. Das Gas wird dann durch Wärmeableitungsspulen geleitet, die die Wärme außerhalb des Kühlschranks abgeben. Bei der Wärmeableitung kühlt das Kältemittel ab und kondensiert wieder zu einer Flüssigkeit. Diese Flüssigkeit durchläuft dann eine Hochdruck-/Niederdruckschwelle, ein sogenanntes Expansionsventil, wodurch sie sich ausdehnt und Phasen in ein Gas umwandelt. Das kalte Gas zirkuliert wieder in den Kühlschrank und nimmt dort Wärme auf, bevor es wieder in den Kompressor geleitet wird. Der Kühlkreislauf dient dazu, Wärme aus dem Inneren des Kühlschranks aufzunehmen und nach außen abzugeben.
Um den Kältekreislauf besser zu verstehen, muss man mit der Idee des Phasenwechsels vertraut sein. Eine verdampfende Flüssigkeit bleibt auf einer konstanten Temperatur, bis sie den Phasenübergang in ein Gas vollzieht. Kochendes Wasser zum Beispiel bleibt immer auf der Temperatur seines Siedepunkts, 212 ° F (100 ° C). Wenn ein Kühlschrank Lebensmittel frisch halten könnte, indem er z relativ zur Kühlschwelle von 300 °F kalt sein.
Das traditionell in einem Kältekreislauf verwendete Kältemittel ist Ammoniak, das jedoch für den Menschen giftig ist. Ammoniak wurde in den dreißiger Jahren durch Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) ersetzt, aber diese Verbindung schädigte die Ozonschicht und wurde in den siebziger Jahren ausgemustert. Neuere Verbindungen wie Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW) kühlen effektiv, sind ungiftig und schädigen die Ozonschicht nicht. Die Erfindung der Kühlung ist wohl eine der wichtigsten Erfindungen des 20. Jahrhunderts, die es ermöglicht, Lebensmittel über weite Strecken zu transportieren oder über lange Zeiträume haltbar zu machen, ohne zu verderben.