Le cycle frigorifique est un moteur thermique fonctionnant en sens inverse, appelé pompe à chaleur à changement de phase. L’utilisation d’un réfrigérant qui bout à basse température produit une relative froideur, abaissant la température du réfrigérateur à un niveau qui empêche les bactéries de se multiplier et de ruiner les aliments. Un cycle de réfrigération fonctionne essentiellement sur le même principe qui fait que votre main est froide lorsque l’eau s’évapore. D’autres liquides, dont certains appelés réfrigérants, produisent des températures encore plus basses lorsqu’ils s’évaporent.
Le cycle de réfrigération est une boucle fermée de gaz qui subit quatre étapes. Le premier étage est le compresseur, qui comprime le réfrigérant pour augmenter sa température. Le gaz est ensuite acheminé à travers des serpentins de dissipation de chaleur qui libèrent de la chaleur à l’extérieur du réfrigérateur. En dissipant la chaleur, le réfrigérant se refroidit et se recondense en un liquide. Ce liquide passe ensuite par un seuil haute pression/basse pression, appelé détendeur, qui le fait se dilater et changer de phase en gaz. Le gaz froid circule à nouveau dans le réfrigérateur, absorbant la chaleur de l’intérieur, avant d’être à nouveau acheminé dans le compresseur. Le cycle de réfrigération a pour but de récupérer la chaleur de l’intérieur du réfrigérateur et de la transférer vers l’extérieur.
Pour mieux comprendre le cycle frigorifique, il faut se familiariser avec l’idée d’un changement de phase. Un liquide en évaporation reste à une température constante jusqu’à ce qu’il change de phase en un gaz. L’eau bouillante, par exemple, reste toujours à la température de son point d’ébullition, 212°F (100°C). Si un réfrigérateur pouvait garder les aliments frais en s’assurant qu’ils restent en dessous de 300°F (148°C), par exemple, au lieu de 40°F (4°C), l’eau pourrait être utilisée comme réfrigérant car le point d’ébullition de l’eau être froid par rapport au seuil de réfrigération de 300 °F.
Le réfrigérant traditionnel utilisé dans un cycle de réfrigération est l’ammoniac, mais il est toxique pour l’homme. L’ammoniac a été remplacé dans les années trente par les chlorofluorocarbures (CFC), mais ce composé s’est avéré endommager la couche d’ozone et a été progressivement éliminé dans les années soixante-dix. Les nouveaux composés, tels que les hydrofluorocarbures (HFC), réfrigèrent efficacement, ne sont pas toxiques et n’endommagent pas la couche d’ozone. L’invention de la réfrigération est probablement l’une des inventions les plus importantes du 20e siècle, permettant aux aliments d’être transportés sur de longues distances ou conservés pendant de longues durées sans se gâter.