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载冷剂又称冷媒,是制冷系统中用来传递冷量的物质。在间接制冷系统中,载冷剂作为一种中间介质,把制冷装置产生的冷量传递给被冷却或被冻结的物质,吸收其热量后,载冷剂又被制冷装置中循环流动的制冷剂冷却,如此循环往复,起着媒介的作用。
一、载冷剂的种类
用作载冷剂的物质有几十种,一般热容量都较大,容易使被冷却物质或空间的温度获得相对稳定。在制冷与空调装置中,根据不同的载冷温度和载冷剂的凝固点,载冷剂主要有以下几种:
1.空气
空气的凝固点低,腐蚀性小,但是比热容小,对流换热系数小,只在采用空间直接冷却时使用。
2.水
水是非常好的载冷剂,水的比热容大,对流换热系数大,传热性能好,对金属等供冷设备的腐蚀性小,但水的凝固点温度为0℃,所以只能作为空调系统中0℃以上的冷却水使用。
3.盐水
常用的盐水是由氯化钙(CaCl₂)和氯化钠(NaCl)配制成的盐水溶液。盐水中盐的含量对盐水的性质起决定作用,但与水比较,盐水的比热容较小,密度较大,传热性质较好,凝固点可根据盐的含量加以设定。适于在中低温制冷装置中使用,如肉类和鱼类的冷冻等。
由于盐水的凝固点与盐水溶液中盐的含量有关,所以可根据制冷系统的工作温度和冷却用途选择盐水的浓度。图3—1和图3-2分别为氯化钠盐水和氯化钙盐水的温度一质量分数图。图中左边曲线为析冰线,右边曲线为析盐线,两线的交点为冰盐共晶点。由析冰线可知,起始析冰温度随含盐量的增加而降低,直至冰盐共晶点为止。当质量分数低于共晶点时,先析出冰。质量分数超过共晶点时,从盐水中析出结晶盐,而且析盐温度随质量分数的增加而升高。另外,为了保证蒸发器中的盐水不产生冻结现象,选择的质量分数不宜太高,且使盐水的凝固点低于制冷剂蒸发温度6——8℃。
二、载冷剂的性质
载冷剂可以是气体,如有的空调系统或冷库就是以空气作为载冷剂的;也可以是液体,如在制冰、冷冻、空调等制冷装置中,就是以盐水或水作载冷剂。载冷剂先在制冷剂蒸发器处被冷却,获得冷量,然后被泵送到需要冷量的物体或空间,吸收被冷却物体的热量之后,又回到蒸发器处继续被冷却。正是因为载冷剂的媒介作用,使得制冷剂能够在一个较小的制冷系统内循环,从而减小了制冷管道的容积,节省了制冷剂,制冷设备也更集中,体积更小,更加便于安全运行和管理。
由于载冷剂载运冷量的作用,在制冷装置的布置上,可以使被冷却空间远离冷源,这在使用有毒制冷剂(如氨)的系统中尤为重要。它可以使被冷却的物质如食品避免与氨的接触,从而保证了安全和卫生。另外,载冷剂也为冷量的控制和分配提供了方便,如大容量、集中供冷的装置都采用载冷剂输送冷量。
用作载冷剂的物质一般应满足以下要求:
(1)比热容要大,密度要小,黏度要低,传热性要好,以减小循环流量和流动阻力,提高传热效率。
(2)化学稳定性要好,在大气条件下不分解,不氧化,不改变其物理性质,无腐蚀性,不易积垢。
(3)沸点高,凝固温度低,要低于制冷剂蒸发压力,在使用范围内以液态形式流动或以气态形式传输,液态载冷剂在循环流动中不汽化,不凝固。
(4)对人体无毒,不污染或腐蚀食品,不燃烧,不爆炸。
(5)价格便宜,便于获得。
三、载冷剂的安全使用与防护
使用载冷剂应严格遵守制冷设备的安全操作规程,在配制载冷剂时首先要做好防护措施。在使用水作载冷剂时应经常检查水质的清洁度,定期更换冷却水,做好蒸发器的除垢操作。
盐水同空气接触会吸收其中的水分和氧气,导致盐水质量分数下降,凝固温度上升,对金属材料腐蚀变得严重。所以,选择把盐水系统做成封闭系统,可减少空气与盐水的接触。在开放盐水系统,则应经常测定盐水质量分数,并在盐水中加入一定量的缓蚀剂以减小腐蚀性,一般在1m3氯化钠盐水中应加入缓蚀剂重铬酸钠3.2kg和0.9kg的氢氧化钠,使溶液pH值在7——8.5,即呈弱碱性。在使用重铬酸钠时要注意安全,注意其对人体的毒性和对皮肤的伤害。
低温制冷系统中使用的载冷剂温度很低,使用中应采取防护措施,避免冻伤。有机载冷剂如甲醇、乙醇易燃烧,所以在使用场地应设置消防器具,并设置通风换气装置。