制冷劑發生相變的蒸汽壓縮制冷或蒸汽壓縮制冷系統 (VCRS) 是眾多制冷循環中的一種，是建筑物和汽車空調應用最廣泛的方法。 它還用于家用和商用冰箱、冷藏或冷凍食品和肉類的大型倉庫、冷藏卡車和火車車廂，以及許多其他商業和工業服務。 煉油廠、石化和化學加工廠以及天然氣加工廠是經常使用大型蒸汽壓縮制冷系統的許多類型的工廠。 多級制冷系統也可以使用兩個壓縮機來實現。

制冷可以定義為通過從該空間移除熱量并將其轉移到其他地方來降低封閉空間的溫度。 執行此功能的設備也可稱為空調、冰箱、空氣源熱泵、地源熱泵或冷水機（熱泵）。

蒸汽壓縮使用循環液體制冷劑作為介質，從待冷卻空間吸收和帶走熱量，然后將熱量排放到別處。 圖 1 描繪了一個典型的單級蒸汽壓縮系統。 所有此類系統都有四個組件：壓縮機、冷凝器、計量裝置或熱力膨脹閥（也稱為節流閥）和蒸發器。 循環制冷劑以稱為飽和蒸汽的熱力學狀態進入壓縮機，并被壓縮到更高的壓力，從而導致更高的溫度。 然后，熱的壓縮蒸汽處于稱為過熱蒸汽的熱力學狀態，并且它處于可以用流過盤管或管道的冷卻水或冷卻空氣冷凝的溫度和壓力。

過熱蒸汽然后通過冷凝器。 這是熱量從循環制冷劑傳遞到外部介質的地方，使氣態制冷劑冷卻并凝結成液體。 排出的熱量由水或空氣帶走，具體取決于冷凝器的類型。

處于被稱為飽和液體的熱力學狀態的冷凝液體制冷劑接下來通過膨脹閥，在那里它經歷壓力的突然降低。 該壓力降低導致一部分液態制冷劑絕熱閃蒸。 絕熱閃蒸的自動制冷效應將液體和蒸汽制冷劑混合物的溫度降低到低于待制冷封閉空間溫度的位置。

然后，冷的制冷劑液體和蒸汽混合物通過蒸發器中的盤管或管道。 由于熱對流或風扇，封閉空間中的空氣在盤管或管道中循環。 由于空氣比冷的液態制冷劑暖和，因此傳遞的熱量會冷卻空氣并導致液體蒸發，使其在吸收熱量的同時返回氣態。 當液體保留在制冷劑流中時，其溫度不會上升到制冷劑的沸點以上，這取決于蒸發器中的壓力。 大多數系統設計為蒸發所有制冷劑，以確保沒有液體返回到壓縮機。

為了完成制冷循環，來自蒸發器的制冷劑蒸汽再次成為飽和蒸汽，并被送回壓縮機。 隨著時間的推移，蒸發器可能會從環境濕度中收集冰或水。 冰通過除霜融化。 來自融化的冰或蒸發器的水然后滴入滴盤中，并通過重力或冷凝水泵將水帶走。

工作流體的選擇對制冷循環的性能有重大影響，因此在設計或簡單地為特定任務選擇理想機器時起著關鍵作用。 最廣泛使用的制冷劑之一是氟利昂。 氟利昂是杜邦和其他公司生產的一系列鹵代烷制冷劑的商品名。

這些制冷劑因其卓越的穩定性和安全性而被廣泛使用：它們在室溫和大氣壓力下不易燃，也不像它們所替代的液體（如二氧化硫）那樣具有明顯的毒性。 鹵代烷烴也比具有相似或更好冷卻性能的石油衍生易燃烷烴貴一個或多個數量級。

不幸的是，含氯和含氟制冷劑在逸出時會到達高層大氣。 在平流層中，CFC 和 HCFC 等物質會因紫外線輻射而分解，釋放出氯自由基。 這些氯自由基在通過鏈式反應分解臭氧時充當催化劑。