利用低沸点的液体作为冷却介质，在定子绕组的空心线棒中吸热蒸发汽化达到冷却，形成密闭无泵自循环系统的水轮发电机。

蒸发冷却介质具有无味、无毒、无污染、不燃烧、不腐蚀材料和沸点低的特点。一般为物理化学性能稳定的新型氟碳化合物。李家峡水电站4号水轮发电机采用的是氟利昂R—113，在标准大气压下沸点为47.8 ℃。后来逐渐采用环保型冷却介质。

定子绕组的自循环系统见图。在运行前将液态冷却介质输入定子空心线棒内。运行时，定子绕组产生热量使空心线棒内的液态介质升温，达到饱和温度后即沸腾，吸收汽化潜热使绕组进行冷却。由于沸腾状态吸热，介质保持在一定温度，一般在10 ℃左右的温差范围内。冷却液体汽化后，在空心导线内形成液体与蒸汽相混合的两相混合流体，其密度低于回液管中的液体密度。由于线棒是立式的，在重力场作用下，混合液体重力与回液管中液体的重力不同，形成压力差，产生自循环的压力头，推动蒸汽上升进入冷凝器，在冷凝器中用冷却水使其冷凝变成液体，通过回液管再进入空心线棒中，形成密闭无泵自循环系统。

定子线棒自循环蒸发冷却系统示意图

蒸发冷却式的特点：

（1）冷却能力强。蒸发冷却主要靠汽化潜热传热，具有较强的传热能力。与水冷却相比，温度分布更为均匀。无过热点，从而可提高绝缘寿命，并可节省材料，减小发电机重量。

（2）自循环。借助液态介质吸热汽化而发生的两相流，形成压力差而产生动力，实现密闭无泵自循环系统，不需要任何外调节和控制设施。

（3）自调节。在冷却过程中，介质的蒸发是随负荷而自行调节，具有自调节的能力。

（4）自循环压力低。在水轮发电机额定运行时，当冷却系统运行在70 ℃以下时，具有较高的可靠性。

（5）冷却效率高。以李家峡水电站4号蒸发冷却式水轮发电机为例，额定发电机温升40 K，效率98.69％，同等的空冷水轮发电机定子温升为72.7 K，效率98.56％。

李家峡水电站4号蒸发冷却式水轮发电机组单机容量为400 MW，于1999年12月投入运行，是世界上最大的该类型机组。