液體汽化形成蒸汽。當液體處在密閉的容器內時,若容器內除了液體及液體本身的蒸汽外不存在任何其他氣體,那么液體和蒸汽在某一壓力下將達到平衡,這種狀態稱為飽和狀態。此時容器中的壓力稱為飽和壓力,溫度稱為飽和溫度。飽和壓力隨溫度的升高而升高。如果將一部分飽和蒸汽從容器中抽出,液體中就必然要再汽化一部分蒸汽來維持平衡。液體汽化時,需要吸收熱量,該熱量稱為汽化潛熱。液體所吸收的熱最來自被冷卻的對象,因而使被冷卻的對象變冷,或者使它維持在環境溫度以下的某一低溫。
為了使上述過程能夠連續進行,必須不斷地從容器中抽走蒸汽,再不斷地將液體補充進去,通過一定的方法把蒸汽抽走,并使它凝結成液體后再回到容器中,就能滿足這一要求。若容器中的蒸汽自然流出。直接凝結為液體,則要求冷卻介質具有的溫度比液體蒸發的溫度還要低,這種冷卻介質顯然無法尋覓,所以我們希望蒸汽的冷凝過程在常溫下進行,產生制冷效應,又在常溫、高壓下冷凝,向環境溫度的冷卻介質排放出熱量。由此可見,液體汽化制冷循環由工作介質(簡稱工質)低壓下汽化、蒸發升壓、高壓氣體液化和高壓液體降壓四個基本過程組成。
蒸汽壓縮式制冷系統如圖1-1所示。系統由壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器組成,用管道將其連成一個封閉的系統。工質在蒸發器內與被冷卻對象發生熱量交換,吸收被冷卻對象的熱量并汽化,產生的低壓蒸汽被壓縮機吸入,經壓縮后以高壓排出,壓縮過程需要消耗能量。壓縮機排出的高溫高壓氣態工質在冷凝器中被常溫冷卻介質(水或空氣)冷卻.凝結成高壓液體。高壓液體流經膨脹閥時節流,變成低壓、低溫濕蒸汽,進入蒸發器.其中的低壓液體在蒸發器中再次汽化制冷,如此周而復始。
在蒸汽壓縮式制冷系統中,制冷劑從某一狀態開始,經過各種變化狀態,又間到初始狀態。在這個周而復始的熱力過程中,每一次都消耗一定的機械能(電能)從低溫物體中吸出熱量,并將此熱量轉移到高溫物體,改變制冷劑狀態,完成制冷劑作用的全過程被稱為制冷循環。
①蒸發過程—節流降壓后的制冷劑液體(混有飽和蒸汽)進人蒸發器,從周圍介質吸熱蒸發成氣體,實現制冷。在蒸發過程中,制冷劑的溫度和壓力保持不變。從蒸發器出來的制冷劑已成為干飽和蒸汽或稍有過熱度的過熱蒸汽。物質由液態變成氣態時要吸熱,這就是制冷系統中使用燕發器吸熱制冷的原因。
②壓縮過程—壓縮機是制冷系統的心臟,在壓縮機完成對蒸汽的吸入和壓縮過程中,把從蒸發器出來的低溫、低壓制冷劑蒸汽壓縮成高溫、高壓的過熱蒸汽。壓縮蒸汽時,壓縮機要消耗一定的外能,即壓縮功。
③冷凝過程—從壓縮機排出來的高溫、高壓蒸汽進入冷凝器后與冷卻介質進行熱交換,使過熱蒸汽逐漸變成飽和蒸汽,進而變成飽和液體或過冷液體。冷凝過程中制冷劑的壓力保持不變。物質由氣態變為液態時要放出熱量,這就是制冷系統要使用冷凝器散熱的道理。冷凝器的散熱常采用風冷或水冷的形式。
④節流過程—從冷凝器出來的高壓制冷劑液體通過減壓元件(膨脹閥或毛細管)被節流降壓,變為低壓液體,然后再進入蒸發器重復上述的蒸發過程。
上述四個過程依次不斷循環,從而達到制冷的目的。