2014版制冷載冷劑應(yīng)用知識手冊(終極編)

1、參考文獻(xiàn)載冷劑在鹽水制冰、冰蓄冷系統(tǒng)、集中空調(diào)等需要采用間接冷卻方法的生產(chǎn)過程中，需使用載冷劑來傳送冷量。載冷劑在制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器中被冷卻后，用來冷卻被冷卻物質(zhì)，然后再返回蒸發(fā)器，將熱量傳遞給制冷劑。載冷劑起到了運載冷量的作用，故又稱為冷媒。這樣既可減少制冷劑的充灌量，減少泄漏的可能性，又易于解決冷量的控制和分配問題。2.2.1載冷劑與載冷劑循環(huán)特點載冷劑是在間接冷卻的制冷裝置中完成把被冷卻系統(tǒng) (物體或空間)的熱量傳遞給制冷劑的中間冷卻介質(zhì)。這種中間冷卻介質(zhì)亦稱為第二制冷劑(Secondary Refrigerant)。載冷劑的循環(huán)是在蒸發(fā)器中被制冷劑冷卻并送到冷卻設(shè)備中吸收被冷卻系統(tǒng)的熱量

2、，然后返回蒸發(fā)器將吸收的熱量傳遞給制冷劑，而載冷劑重新被冷卻。如此循環(huán)不止，以達(dá)到連續(xù)制冷的目的。使用載冷劑能使制冷劑集中在較小的循環(huán)系統(tǒng)中，而將冷量輸送到較遠(yuǎn)的冷卻設(shè)備中，可減少制冷劑的循環(huán)量，解決某些直接冷卻的制冷裝置難以解決的問題。又由于使用了載冷劑能使某些毒性較大或刺激性氣味較強的制冷劑遠(yuǎn)離使用環(huán)境，增強制冷系統(tǒng)的安全性。載冷劑是依靠顯熱來運載冷量的，這是與制冷劑依靠汽化潛熱來制冷的最大區(qū)別。由于使用了載冷劑，增加了制冷系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時，制冷循環(huán)從低溫?zé)嵩传@得熱量時存在二次傳熱溫差，即載冷劑與被冷卻系統(tǒng)和載冷劑與制冷劑之間的傳熱溫差，增大了制冷系統(tǒng)的傳熱不可逆損失，降低了制冷循環(huán)的制

3、冷效率，所以說間接制冷系統(tǒng)只有在為了滿足特殊要求時才采用。2.2.2 載冷劑的選擇要求和選擇方法選擇理想的載冷劑，應(yīng)具備下列基本條件：1）載冷劑是依靠顯熱來運載熱量的，所以要求載冷劑在工作溫度下處于液體狀態(tài)，不發(fā)生相變。要求載冷劑的凝固溫度至少比制冷劑的蒸發(fā)溫廢低48，標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度比制冷系統(tǒng)所能達(dá)到的最高溫度高。2）比熱要大，在傳遞一定熱量時，可使載冷劑的循環(huán)量小，使輸送載冷劑的泵耗功減少，管道的耗材量減少，從而提高循環(huán)的經(jīng)濟性。另外當(dāng)一定量的流體運載一定量的熱量時，比熱大能使傳熱溫差減小。3）熱導(dǎo)率要大，可增加傳熱效果，減少換熱設(shè)備的傳熱面積。4）粘度要小，以減少流動阻力和輸送泵功率。5）化

4、學(xué)性能要求穩(wěn)定。載冷劑在工作溫度內(nèi)不分解；不與空氣中的氧化合，不改變其物理化學(xué)性能；不燃燒、不爆炸，揮發(fā)性要小，如在特殊情況下，必須使用有燃燒性、有揮發(fā)性的載冷劑時，其閃點須高于65；載冷劑與制冷劑接觸時化學(xué)性質(zhì)應(yīng)穩(wěn)定，不發(fā)生化學(xué)變化。6）要求對人體和食品、環(huán)境無毒、無害，不會引起其它物質(zhì)的變色、變味、變質(zhì)。7）要求不腐蝕設(shè)備和管道，如果載冷劑稍帶腐蝕性時，應(yīng)能添加緩蝕劑阻滯腐蝕。8）要求價格低廉，易于獲得。在實際工程中使用的載冷劑有：水、氯化鈉鹽水溶液、氯化鈣鹽水溶液、丙三醇水溶液 (甘油水溶液)、乙二醇水溶液、甲醇、乙醇、丙酮、三氯乙烯、二氯甲烷、四氟三溴乙烷和三氯氟甲烷等。雖然，可用作載

5、冷劑的物質(zhì)很多，但是在某一溫度范圍內(nèi)，適用的載冷劑種類并不多。所以，在實際工程設(shè)計時，當(dāng)載冷劑系統(tǒng)的工作溫度和使用目的確定之后，只需在幾種載冷劑中進行比較選擇。適合于某一溫度范圍內(nèi)工作和使用目的，是選擇載冷劑的二個主要方面。具體選擇辦法是：1）蒸發(fā)溫度在5以上的載冷劑系統(tǒng)，一般都采用水作載冷劑，水具有許多優(yōu)良特點，但是水的凝固點高，這就大大限制了水在制冷工程中作為載冷劑的使用范圍。在空調(diào)系統(tǒng)中用水作載冷劑是理想的。2）蒸發(fā)溫度在5-50的范圍內(nèi)，一般可采用氯化鈉鹽水溶液或氯化鈣鹽水溶液作載冷劑。由于共晶點的限制，氯化鈉鹽水溶液用于5-16的場合；而氯化鈣鹽水溶液可用于5-50的系統(tǒng)中。用鹽水溶

6、液作載冷劑，在制冷工程中是相當(dāng)普遍的，像制冰、制冷飲制品、酒類生產(chǎn)及工業(yè)生產(chǎn)中等。鹽水溶液的最大缺點是對金屬有腐蝕作用，當(dāng)泄漏時會對食品有一定的影響，所以在不便維修或不便更換設(shè)備及管道的場合、某些特定食品的加工工藝中，可采用乙二醇水溶液、丙三醇水溶液、酒精水溶液等作為載冷劑。另外也可用三氯乙烯、二氯甲烷等物質(zhì)來代替氯化鈣鹽水溶液。3）當(dāng)載冷劑系統(tǒng)的工作溫度范圍較廣，既需要在低溫下工作，又需要在高溫下工作時，應(yīng)選擇能同時滿足高、低溫要求的物質(zhì)作載冷劑。這時載冷劑應(yīng)具備凝固點低，標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度高的特性。例如在具有50溫度要求的環(huán)境試驗室和需冷卻到-50也需加熱到6070的生物藥品、疫苗等生產(chǎn)中的冷凍

7、干燥裝置中，應(yīng)選用三氯乙烯(標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度87.2)，不能采用二氯甲烷 (標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度40.2)。4）當(dāng)蒸發(fā)溫度低于-50時，可采用凝固點更低的有機化合物作載冷劑。例：三氯乙烯、二氯甲烷、三氯氟甲烷、乙醇、丙酮等。這些物質(zhì)的沸點也較低，一般需采用封閉式系統(tǒng)，以防溶液泵氣蝕、載冷劑汽化以及減少冷量損失。2.2.3 常用載冷劑的特性常用的載冷劑有空氣、水、鹽水和有機物等。1空氣 空氣作為載冷劑在冷庫及空調(diào)中多有采用。空氣比熱容較小，所需傳熱面積較大。2水 水作為載冷劑只適用于載冷溫度在O 以上的場合，空調(diào)系統(tǒng)中多有采用。水在蒸發(fā)器中得到冷卻，然后再送入風(fēng)機盤管內(nèi)或直接噴入空氣，對空氣進行溫、濕度調(diào)節(jié)

8、。水的凝固點為0，標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為100。水的比重小，粘度小，水的流動阻力小，所采用的設(shè)備尺寸較小。水的比熱大，傳熱效果好，循環(huán)水量少。水的化學(xué)穩(wěn)定性好，不燃燒，不爆炸、純潔的水對設(shè)備和管道的腐蝕性小，系統(tǒng)安全性好。水無毒，對人、食品和環(huán)境都是絕對無害的，所以在空調(diào)系統(tǒng)中，水不僅可作為載冷劑，也可直接噴入空氣中進行調(diào)濕和洗滌空氣。水的缺點是凝固點高，限制了它的應(yīng)用范圍，并且在作為接近0的載冷劑使用時，應(yīng)注意殼管式蒸發(fā)器等換熱設(shè)備的防凍措施。3鹽水溶液 鹽水溶液有較低的凝固溫度，適用于中、低溫制冷裝置中運載冷量。通常采用氯化鈉（NaCl）、氯化鈣（CaCl2）、氯化鎂（MgCl2）水溶液。鹽水的性

9、質(zhì)和含鹽量的大小有關(guān)。也可以說，鹽水的凝固點取決于鹽水的濃度。圖2-1表示了鹽水凝固點與濃度的關(guān)系。當(dāng)鹽水濃度為1(1E )時，冷卻到時并不凝固，繼續(xù)冷卻到低于的tB時，若再取出熱量，即開始凝固，在B點開始形成冰的結(jié)晶，溶液中的水以冰的形式析出，剩余溶液的濃度升高。故把BE線稱為析冰線。進一步降低溫度，冰析出量更加增多，冰與載冷劑溶液是雪融狀。當(dāng)溫度到達(dá)tc(C點)時，此處是C2的冰和C1的溶液（濃度為c1）相混合狀態(tài)。其冰的質(zhì)量與載冷劑溶液質(zhì)量之比等于x2與x1之比。溫度再下降到tE(D點)時，全部溶液都凍結(jié)成固體，即變成m2的冰和m的鹽水共晶體，tE稱該鹽水的共晶點溫度，E稱為共晶濃度，E

10、點稱共晶點。氯化鈉鹽水的共晶點是-21.2，共晶濃度22.4（100kg鹽水中含有22.4kgNaCl）；氯化鈣鹽水的共晶點是-55，共晶濃度29.9（100kg鹽水中含有29.9kgCaCl2）。2-1 鹽水的凝固點與鹽水濃度的關(guān)系如果鹽水溶液初始濃度為2（2E），則溫度將至tG(G點)時不是結(jié)冰，而是析出鹽，使剩余溶液的濃度降低。故把GE線稱為析鹽線。由此可見，鹽水的凝固點取決于鹽水的濃度。濃度增加，則凝固點下降，當(dāng)濃度增大至共晶濃度E時，凝固點下降到最低點，即共晶點溫度（tE），若濃度再增大，則凝固點反而升高。同時，可以看出，曲線將圖分為四區(qū)，即溶液區(qū)、冰-鹽水溶液區(qū)、鹽-鹽水溶液區(qū)、固

11、態(tài)區(qū)。鹽水作載冷劑時應(yīng)注意幾個問題：要合理地選擇鹽水的濃度。鹽水濃度增高，將使鹽水的密度加大，會使輸送鹽水的泵的功率消耗增大；而鹽水的比熱卻減少，輸送一定制冷量所需的鹽水流量將增多，同樣增加泵的功率消耗。因此，不應(yīng)選擇過高的鹽水濃度，而應(yīng)根據(jù)使鹽水的凝固點低于載冷劑系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的最低溫度的原則來選擇鹽水濃度。目前，一般的選法是，選擇鹽水的濃度使凝固點比制冷裝置的蒸發(fā)溫度低58（采用水箱式蒸發(fā)器時取56 ；采用殼管式蒸發(fā)器時取68）。鑒于此，氯化鈉（NaCl）溶液只使用在蒸發(fā)溫度高于-16的制冷系統(tǒng)中。氯化鈣（CaCl2）溶液可使用在蒸發(fā)溫度不低于-50的制冷系統(tǒng)之中。注意鹽水溶液對設(shè)備、管道

12、的腐蝕問題。鹽水載冷劑對金屬的腐蝕隨鹽水中含氧量的減少而變慢，最好采用閉式鹽水系統(tǒng)，以減少與空氣接觸；另外，為了減輕腐蝕作用，可在鹽水溶液中加人一定量的緩蝕劑。1m3氯化鈣水溶液中應(yīng)加1.6 kg 重鉻酸鈉（Na2Cr2O7）和0.45kg氫氧化鈉（NaOH）；1m3氯化鈉水溶液中應(yīng)加3.2kg重鉻酸鈉和0.89kg氫氧化鈉。加人緩蝕劑后，必須使鹽水略呈堿性（pH=78.5）。在添加上述藥品時，要注意毒性。鹽水載冷劑在使用過程中，會因吸收空氣中的水分而使其濃度降低。尤其是在開式鹽水系統(tǒng)中。為了防止鹽水的濃度降低，引起凝固點溫度升高，故必須定期用比重計測定鹽水的比重。若濃度降低時，應(yīng)補充鹽量，以保持在適當(dāng)?shù)臐舛?。氯化鈉和氯化鈣不能混合使用，以防鹽水池中出現(xiàn)沉淀。氯化鎂鹽水溶液可作為氯化鈣鹽水溶液的替代品，但其價格昂貴，用途不廣。4有機物載冷劑 有機物載冷劑有乙醇（CH3-CH2OH）、乙二醇（CH2OH-CH2OH）、丙二醇（CH2OH-CHOH-CH3）、丙三醇（CH2OH-CHOH-CH2OH）、二氯甲烷（CH2Cl2）及三氯乙烯（CHCl-CCl2）等。它們都具有較低的凝固溫度。例如，乙二醇常用在冰蓄冷系統(tǒng)中作載冷劑使用，是腐蝕性小的一種載冷劑。它無色、無味、無電解性、無燃燒性，乙二醇的