A gőzkompressziós hűtőgép a jó néhány hűtést megalkotó berendezések egyike. Ezt használják leggyakrabban a háztartási hűtőgépekben, az táplálékok raktározására szolgáló hűtőházakban, az létesítmények és autók légkondicionáló berendezéseiben, a hűtőkocsikban és hűtővagonokban, jégpályáknál illetve egyéb kereskedelmi és ipari célokra: az olajfinomítókban, a vegyiparban, földgáz cseppfolyósításánál.

Hűtésen egy zárt tér hőmérsékletének csökkentését értjük, úgy, hogy hőt vonunk el belőle és ezt a hőt más helyen leadjuk. Az ilyen működést létrehozó gépet hőszivattyúnak is lehet nevezni. Azokat a hőszivattyúkat, melyeknél a cél egy zárt tér lehűtése, hűtőgépnek, azokat ugyanakkor, ahol egy zárt tér fűtése a cél, hőszivattyúnak hívják a gyakorlatban.

A hűtőgép működése

A gőzkompressziós hűtőgép zárt rendszerben cirkuláltat hűtőközeget, mely hőt vesz fel a hűtendő térből illetve egyéb helyen leadja azt. Az ábrán egy közönséges egyfokozatú hűtőgép elvi vázlata érzékelhető. Minden ilyen gépnek négy fő eleme van, az 1. kondenzátor, a 2. fojtás, a 3. elpárologtató hőcserélő és a 4. kompresszor. A hűtőközeg nedves gőz halmazállapotban lép be a kompresszorba, mely megnöveli nyomását és hőmérsékletét is. A forró, nagynyomású gőz a kompresszorban túlhevített gőzzé válik. A kompresszor után a túlhevített gőz a kondenzátorba jut. A kondenzátor egy kivételes hőcserélő, ahol hűtőlevegővel vagy hűtővízzel lehűtik és lecsapatják a gőzt. A kondenzátorban vagy egy csőkígyón vagy több párhuzamos csövön vezetik át a hűtőközeget, amely leadja víznek vagy levegőnek a rendszertől elvont hőt.

A lekondenzált, folyékony halmazállapotú hűtőközeget egy fojtáson (kis méretű furattal ellátott csőszűkítőn, kapilláriscsövön, vagy szabályozható fojtószelepen) vezetik át. A fojtásban adiabatikus állapotváltozás megy végbe: a folyékony hűtőközeg nyomása hirtelen lecsökken, egy része elpárolog és a hűtendő tér hőmérsékleténél alacsonyabb hőmérsékletre hűl le. (Ez a jelenség hasonló ahhoz a népszerű folyamathoz, ami egy szódavizes palackhoz használt szén-dioxid patron átfúrásakor észlelhető: a patron hirtelen annyira lehűl, hogy a kiömlés környékén a levegő páratartalma dér formájában megfagy.) Az elpárologtató a cirkuláló hűtőközegnek átadja a hűtendő térből elvont hőt, melyet ezután a kondenzátorban a külső környezet felé vezetődik el. A hűtő körfolyamat befejeződéseként az elpárologtatóból telített hűtőközeg-gőz távozik és lép be újra a kompresszorba, ezt követően az egész folyamat megismétlődik.

Hűtőközegek

Az első megvalósított hűtőgépek ammóniát (NH₃) használtak, ez a hűtőközeg ma is elterjedt jókora hűtőrendszerekben. Később alkalmaztak propánt (C₃H₈), metilkloridot (CH₃Cl) kén-dioxidot (SO₂), és sok egyéb vegyületet. A Freon vegyületcsalád a halogénezett szénhidrogének kereskedelmi neve, melyet a DuPont társaság kezdett létrehozni ezt követően általánosan elterjedt a hűtőgépiparban eszményi tulajdonságai folytán. Ilyenek például a Freon-12 difluor-diklór-metán (CF₂Cl₂), a Freon-11 trifluor-klór-metán (CF₃Cl), vagy a Freon-2 Fluor-diklór-metán (CHFCl₂). A freonokat (vagy CFC-ket) széles körben használták kiemelkedő stabilitásuk és biztonságos használhatóságuk folytán: nem gyúlékonyak, kevésbé mérgezőek mint azok a hűtőközegek, amelyeket felváltottak. Később derült ki, hogy egy tulajdonságuk igen veszélyessé vált: ha a freon megszökött, a felső atmoszférába jutva klórtartalmuk erősen rombolta az ózonréteget, mely a Nap erős ibolyántúli sugárzásától óvja a föld felszínét. A klóratomok katalizátorként elősegítik az ózon lebomlását. A klór mindaddig aktív katalizátor marad, amíg egy másik atommal kötésbe nem lép és stabil molekulát nem alkot.

A CFC hűtőközegek ma is gyakoriak hűtőgépekben, de egyre kevesebb lesz mennyiségük. Újabb és kevésbé környezetszennyező hűtőközegek a hidrokloro-fluorokarbonok (HCFC), mint amilyen az R-22, melyet a legtöbb mai háztartási hűtőszekrényben használnak és a HFC-k (példának okáért az R134a) amelyek a gépkocsikban terjedtek el; ezek felváltották a korábbi CFC-ket. A montreali egyezmény a HCFC-ket is a szakaszosan kivonandó anyagok listájára helyezi, ezeket HFC-kkel (hidrofluor-karbon) fogják helyettesíteni, példaként R-410A-val, mely már nem magába foglal klórt.

Napjainkban a szub- és szuperkritikus szén-dioxid is mindinkább elterjedőben van hűtőközegként, melyet R-744-gyel jelölnek.