在制冷方法中,應(yīng)用最多的一類是液體氣化制冷。
從熱力學(xué)我們知道,在一個(gè)密閉的容器中,如存在且僅有某一物質(zhì)的液體和氣體(即某一物質(zhì)的液體處于密閉容器中,且容器中除了此種液體和它自身蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽以外,無任何其他液體或氣體),那么,在一定的溫度和壓力條件下,氣液兩相將達(dá)到平衡。此時(shí)的液體稱為飽和液體,氣體稱為飽和蒸汽,在飽和狀態(tài)時(shí),介質(zhì)所具有的壓力為飽和壓力,溫度為飽和溫度。飽和壓力與飽和溫度的關(guān)系是一一對應(yīng),完全相關(guān)的,任意一個(gè)飽和溫度都有一個(gè)且僅有一個(gè)與之對應(yīng)的飽和壓力,如飽和溫度升高,飽和壓力隨之升高;如飽和溫度降低,飽和壓力也隨之降低。即其中一個(gè)參數(shù)變化,另一個(gè)也相應(yīng)改變。這種關(guān)系稱為飽和溫度與飽和壓力的關(guān)系,簡稱p-T關(guān)系。
如果此容器是絕熱的,當(dāng)從此容器抽走一部分飽和蒸汽,壓力就會下降,同時(shí)溫度也下降,相反,如向容器中再壓入一些飽和蒸汽,壓力將上升,溫度隨之提高。
如果我們維持容器及其中的介質(zhì)溫度不變,當(dāng)從容器中抽走一部分飽和蒸汽,液體就必然要再氣化一部分,以產(chǎn)生飽和蒸汽來維持平衡,液體氣化時(shí)需吸收氣化潛熱,而這一熱量來自系統(tǒng)外部。在液體氣化制冷中,正是利用氣化時(shí)吸收潛熱這一特性,使被冷卻物體降溫,或是維持在低于環(huán)境溫度的某一低溫。例如在電冰箱中,制冷劑在蒸發(fā)器中氣化,吸收食品的熱量,使食品的溫度降低;空調(diào)器也是利用制冷劑在蒸發(fā)器中氣化,吸收室內(nèi)空氣的熱量,使室內(nèi)空氣維持在環(huán)境溫度以下。
為了使上述過程能夠連續(xù)進(jìn)行下去,必須不斷地從容器中抽走蒸汽,再不斷地將液體補(bǔ)充到容器中去。如把抽走的蒸汽凝結(jié)下來,成為液體后再送入容器中去,就能滿足過程連續(xù)這一要求。從容器中抽走的蒸汽,如想直接凝結(jié)成液體,所需冷卻介質(zhì)的溫度將比液體的蒸發(fā)溫度還要低,我們利用飽和溫度隨飽和壓力升高而升高這一原理,將蒸汽的壓力提高,使蒸汽壓力高于常溫下的飽和壓力,就能實(shí)現(xiàn)常溫下凝結(jié)。這樣,制冷劑在低溫低壓下蒸發(fā),產(chǎn)生制冷效應(yīng),而在常溫高壓條件下凝結(jié)向環(huán)境或冷卻介質(zhì)放出熱量。
由此可知,液體氣化制冷循環(huán)應(yīng)由液體氣化、蒸汽升壓、蒸汽液化和液體降壓四個(gè)過程組成,蒸汽壓縮制冷、吸收制冷、吸附制冷等制冷方法的循環(huán)都具備這四個(gè)過程。