2014版制冷载冷剂应用知识手册(终极编)

1、参考文献载冷剂在盐水制冰、冰蓄冷系统、集中空调等需要采用间接冷却方法的生产过程中，需使用载冷剂来传送冷量。载冷剂在制冷系统的蒸发器中被冷却后，用来冷却被冷却物质，然后再返回蒸发器，将热量传递给制冷剂。载冷剂起到了运载冷量的作用，故又称为冷媒。这样既可减少制冷剂的充灌量，减少泄漏的可能性，又易于解决冷量的控制和分配问题。2.2.1载冷剂与载冷剂循环特点载冷剂是在间接冷却的制冷装置中完成把被冷却系统 (物体或空间)的热量传递给制冷剂的中间冷却介质。这种中间冷却介质亦称为第二制冷剂(Secondary Refrigerant)。载冷剂的循环是在蒸发器中被制冷剂冷却并送到冷却设备中吸收被冷却系统的热量

2、，然后返回蒸发器将吸收的热量传递给制冷剂，而载冷剂重新被冷却。如此循环不止，以达到连续制冷的目的。使用载冷剂能使制冷剂集中在较小的循环系统中，而将冷量输送到较远的冷却设备中，可减少制冷剂的循环量，解决某些直接冷却的制冷装置难以解决的问题。又由于使用了载冷剂能使某些毒性较大或刺激性气味较强的制冷剂远离使用环境，增强制冷系统的安全性。载冷剂是依靠显热来运载冷量的，这是与制冷剂依靠汽化潜热来制冷的最大区别。由于使用了载冷剂，增加了制冷系统的复杂性，同时，制冷循环从低温热源获得热量时存在二次传热温差，即载冷剂与被冷却系统和载冷剂与制冷剂之间的传热温差，增大了制冷系统的传热不可逆损失，降低了制冷循环的制

3、冷效率，所以说间接制冷系统只有在为了满足特殊要求时才采用。2.2.2 载冷剂的选择要求和选择方法选择理想的载冷剂，应具备下列基本条件：1）载冷剂是依靠显热来运载热量的，所以要求载冷剂在工作温度下处于液体状态，不发生相变。要求载冷剂的凝固温度至少比制冷剂的蒸发温废低48，标准蒸发温度比制冷系统所能达到的最高温度高。2）比热要大，在传递一定热量时，可使载冷剂的循环量小，使输送载冷剂的泵耗功减少，管道的耗材量减少，从而提高循环的经济性。另外当一定量的流体运载一定量的热量时，比热大能使传热温差减小。3）热导率要大，可增加传热效果，减少换热设备的传热面积。4）粘度要小，以减少流动阻力和输送泵功率。5）化

4、学性能要求稳定。载冷剂在工作温度内不分解；不与空气中的氧化合，不改变其物理化学性能；不燃烧、不爆炸，挥发性要小，如在特殊情况下，必须使用有燃烧性、有挥发性的载冷剂时，其闪点须高于65；载冷剂与制冷剂接触时化学性质应稳定，不发生化学变化。6）要求对人体和食品、环境无毒、无害，不会引起其它物质的变色、变味、变质。7）要求不腐蚀设备和管道，如果载冷剂稍带腐蚀性时，应能添加缓蚀剂阻滞腐蚀。8）要求价格低廉，易于获得。在实际工程中使用的载冷剂有：水、氯化钠盐水溶液、氯化钙盐水溶液、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。虽然，可用作载

5、冷剂的物质很多，但是在某一温度范围内，适用的载冷剂种类并不多。所以，在实际工程设计时，当载冷剂系统的工作温度和使用目的确定之后，只需在几种载冷剂中进行比较选择。适合于某一温度范围内工作和使用目的，是选择载冷剂的二个主要方面。具体选择办法是：1）蒸发温度在5以上的载冷剂系统，一般都采用水作载冷剂，水具有许多优良特点，但是水的凝固点高，这就大大限制了水在制冷工程中作为载冷剂的使用范围。在空调系统中用水作载冷剂是理想的。2）蒸发温度在5-50的范围内，一般可采用氯化钠盐水溶液或氯化钙盐水溶液作载冷剂。由于共晶点的限制，氯化钠盐水溶液用于5-16的场合；而氯化钙盐水溶液可用于5-50的系统中。用盐水溶

6、液作载冷剂，在制冷工程中是相当普遍的，像制冰、制冷饮制品、酒类生产及工业生产中等。盐水溶液的最大缺点是对金属有腐蚀作用，当泄漏时会对食品有一定的影响，所以在不便维修或不便更换设备及管道的场合、某些特定食品的加工工艺中，可采用乙二醇水溶液、丙三醇水溶液、酒精水溶液等作为载冷剂。另外也可用三氯乙烯、二氯甲烷等物质来代替氯化钙盐水溶液。3）当载冷剂系统的工作温度范围较广，既需要在低温下工作，又需要在高温下工作时，应选择能同时满足高、低温要求的物质作载冷剂。这时载冷剂应具备凝固点低，标准蒸发温度高的特性。例如在具有50温度要求的环境试验室和需冷却到-50也需加热到6070的生物药品、疫苗等生产中的冷冻

7、干燥装置中，应选用三氯乙烯(标准蒸发温度87.2)，不能采用二氯甲烷 (标准蒸发温度40.2)。4）当蒸发温度低于-50时，可采用凝固点更低的有机化合物作载冷剂。例：三氯乙烯、二氯甲烷、三氯氟甲烷、乙醇、丙酮等。这些物质的沸点也较低，一般需采用封闭式系统，以防溶液泵气蚀、载冷剂汽化以及减少冷量损失。2.2.3 常用载冷剂的特性常用的载冷剂有空气、水、盐水和有机物等。1空气 空气作为载冷剂在冷库及空调中多有采用。空气比热容较小，所需传热面积较大。2水 水作为载冷剂只适用于载冷温度在O 以上的场合，空调系统中多有采用。水在蒸发器中得到冷却，然后再送入风机盘管内或直接喷入空气，对空气进行温、湿度调节

8、。水的凝固点为0，标准蒸发温度为100。水的比重小，粘度小，水的流动阻力小，所采用的设备尺寸较小。水的比热大，传热效果好，循环水量少。水的化学稳定性好，不燃烧，不爆炸、纯洁的水对设备和管道的腐蚀性小，系统安全性好。水无毒，对人、食品和环境都是绝对无害的，所以在空调系统中，水不仅可作为载冷剂，也可直接喷入空气中进行调湿和洗涤空气。水的缺点是凝固点高，限制了它的应用范围，并且在作为接近0的载冷剂使用时，应注意壳管式蒸发器等换热设备的防冻措施。3盐水溶液 盐水溶液有较低的凝固温度，适用于中、低温制冷装置中运载冷量。通常采用氯化钠（NaCl）、氯化钙（CaCl2）、氯化镁（MgCl2）水溶液。盐水的性

9、质和含盐量的大小有关。也可以说，盐水的凝固点取决于盐水的浓度。图2-1表示了盐水凝固点与浓度的关系。当盐水浓度为1(1E )时，冷却到时并不凝固，继续冷却到低于的tB时，若再取出热量，即开始凝固，在B点开始形成冰的结晶，溶液中的水以冰的形式析出，剩余溶液的浓度升高。故把BE线称为析冰线。进一步降低温度，冰析出量更加增多，冰与载冷剂溶液是雪融状。当温度到达tc(C点)时，此处是C2的冰和C1的溶液（浓度为c1）相混合状态。其冰的质量与载冷剂溶液质量之比等于x2与x1之比。温度再下降到tE(D点)时，全部溶液都冻结成固体，即变成m2的冰和m的盐水共晶体，tE称该盐水的共晶点温度，E称为共晶浓度，E

10、点称共晶点。氯化钠盐水的共晶点是-21.2，共晶浓度22.4（100kg盐水中含有22.4kgNaCl）；氯化钙盐水的共晶点是-55，共晶浓度29.9（100kg盐水中含有29.9kgCaCl2）。2-1 盐水的凝固点与盐水浓度的关系如果盐水溶液初始浓度为2（2E），则温度将至tG(G点)时不是结冰，而是析出盐，使剩余溶液的浓度降低。故把GE线称为析盐线。由此可见，盐水的凝固点取决于盐水的浓度。浓度增加，则凝固点下降，当浓度增大至共晶浓度E时，凝固点下降到最低点，即共晶点温度（tE），若浓度再增大，则凝固点反而升高。同时，可以看出，曲线将图分为四区，即溶液区、冰-盐水溶液区、盐-盐水溶液区、固

11、态区。盐水作载冷剂时应注意几个问题：要合理地选择盐水的浓度。盐水浓度增高，将使盐水的密度加大，会使输送盐水的泵的功率消耗增大；而盐水的比热却减少，输送一定制冷量所需的盐水流量将增多，同样增加泵的功率消耗。因此，不应选择过高的盐水浓度，而应根据使盐水的凝固点低于载冷剂系统中可能出现的最低温度的原则来选择盐水浓度。目前，一般的选法是，选择盐水的浓度使凝固点比制冷装置的蒸发温度低58（采用水箱式蒸发器时取56 ；采用壳管式蒸发器时取68）。鉴于此，氯化钠（NaCl）溶液只使用在蒸发温度高于-16的制冷系统中。氯化钙（CaCl2）溶液可使用在蒸发温度不低于-50的制冷系统之中。注意盐水溶液对设备、管道

12、的腐蚀问题。盐水载冷剂对金属的腐蚀随盐水中含氧量的减少而变慢，最好采用闭式盐水系统，以减少与空气接触；另外，为了减轻腐蚀作用，可在盐水溶液中加人一定量的缓蚀剂。1m3氯化钙水溶液中应加1.6 kg 重铬酸钠（Na2Cr2O7）和0.45kg氢氧化钠（NaOH）；1m3氯化钠水溶液中应加3.2kg重铬酸钠和0.89kg氢氧化钠。加人缓蚀剂后，必须使盐水略呈碱性（pH=78.5）。在添加上述药品时，要注意毒性。盐水载冷剂在使用过程中，会因吸收空气中的水分而使其浓度降低。尤其是在开式盐水系统中。为了防止盐水的浓度降低，引起凝固点温度升高，故必须定期用比重计测定盐水的比重。若浓度降低时，应补充盐量，以保持在适当的浓度。氯化钠和氯化钙不能混合使用，以防盐水池中出现沉淀。氯化镁盐水溶液可作为氯化钙盐水溶液的替代品，但其价格昂贵，用途不广。4有机物载冷剂 有机物载冷剂有乙醇（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。它们都具有较低的凝固温度。例如，乙二醇常用在冰蓄冷系统中作载冷剂使用，是腐蚀性小的一种载冷剂。它无色、无味、无电解性、无燃烧性，乙二醇的