利用液體汽化過程的吸熱效應來制冷的方法稱為液體汽化制冷。與固體相變制冷不同的是,液體汽化制冷采用流體(液體和氣態(tài)物質)作為制冷劑,通過一定的設備構成制冷循環(huán)可實現(xiàn)連續(xù)制冷,它的應用更加廣泛。液體汽化制冷是目前最主要的制冷方法之一。
當液體在容器內時,液體通過汽化形成蒸氣,若此容器內除了液體本向的蒸氣外不存在任何其他氣體,那么液體和蒸氣在某個壓力下將達到平衡,即達到飽和狀態(tài)。如果將一部分飽和蒸氣從容器中抽走,液體中就必然要再汽化一部分蒸氣來維持平衡。液體汽化時需要吸收熱量,此熱量稱為汽化潛熱。只要液體的蒸發(fā)溫度低于被冷卻對象的溫度,汽化潛熱便可以通過熱交換從被冷卻對象中獲得,從而使被冷卻對象變冷,或者使它維持在某一低溫,達到制冷的目的。
為了使液體汽化的過程連續(xù)進行,制冷技術中通過一定的方法把蒸氣抽走,并使它凝結成液體后再送回到容器中形成循環(huán)。如果將容器中抽出的蒸氣直接凝結成液體,所需冷卻介質的溫度比液體的蒸發(fā)溫度還要低,而在實際過程中希望蒸氣的冷凝過程在常溫下實現(xiàn),因此需要將蒸氣的奪力提高到常溫下的飽和壓力。液體汽化制冷循環(huán)的4個基本過程是:1.制冷劑液體在低溫下蒸發(fā),成為低壓蒸氣;2.將低壓蒸氣提高壓力,使之成為高壓蒸氣;3.將高壓蒸氣冷凝,使之成為高壓液體;4.將高壓液體降低壓力,使之重新變?yōu)榈蛪阂后w返回到過程1,從而完成循環(huán)。
上述制冷循環(huán)中,過程4實現(xiàn)了制冷劑自身的降溫,是下一步制冷的前提,該過程通常是通過節(jié)流裝置實現(xiàn)的;過程1是制冷劑從低熱源吸收熱量的過程,實現(xiàn)制冷;過程2是循環(huán)的能量補償過程;過程3是向高溫熱源排放熱量的過程。實際制冷裝置中,所使用的補償能量可以有多種形式,實現(xiàn)能量補償?shù)姆绞揭捕喾N多樣。如果過程2以消耗電能或機械能為能量補償,通過壓縮機對低壓氣體做功,使之壓力提高,這種制冷方式稱之為蒸氣壓縮式制冷;如果通過液體吸收劑或固體吸附劑對制冷劑蒸氣進行吸收或吸附,再利用驅動熱源加熱吸收或吸附工質對,來產生較高壓力和溫度的制冷劑蒸氣,這樣的制冷方式則分別稱為吸收式制冷和吸附式制冷;同樣使用熱能作為驅動能源,但利且噴射器實現(xiàn)從蒸發(fā)器中抽取蒸氣并壓縮到高壓的,稱為蒸氣噴射式制冷。