载冷剂与蓄冷剂

载冷剂与蓄冷剂一、载冷剂顾名思义，载冷剂就是冷的载体，如图2-2所示。载冷剂将制冷循环中供冷的蒸发器与用冷的用户连接起来起到了在需冷者（被冷却对象）和产冷者（制冷循环）之间传递冷量的作用。循环过程是载冷剂在蒸发系统的蒸发器中被低温制冷剂冷却后，由泵输送到各用冷场合的冷却设备内，吸收被冷却对象的热量而使其降温，自身温度升高后再返回蒸发器传热给制冷剂。如此连续循环，就能达到不断吸取和传送冷量的效果。不难看出，载冷剂是传送冷量的中间介质，固又被称为冷媒。相对于由制冷剂在蒸发器内直接蒸发冷却被冷却对象的直冷式制冷系统，这种形式的制冷系统也称为间冷式制冷系统。1.使用载冷剂的场合对制冷系统我们比较熟悉了，其中必有蒸发器在用冷场合输出冷量，而它是靠制冷剂的吸热效应直接冷却被冷却对象。但是，这种直接由制冷剂冷却被冷却对象的直接直接冷却式制冷系统并非无所不适、无所不能。首先，对于有毒或刺激性气味的制冷剂，其制冷系统又不可能绝对没有泄漏，怎样确保人类的安全和食品的品质等不受危害呢？除了严格的技术设施和安全措施外，根本在于将蒸发器在内的制冷系统都撤出用冷场合，改用安全、无毒、无毒、无刺激性和无不良作用的载冷剂来传送冷量。其次，在用冷与产冷场合相距较远时，如大型中央空调，如果依然坚持将蒸发器放在用冷场合，又会有什么后果呢？制冷系统管路要大幅度地延长，制冷剂的流动阻力损失加大，使制冷循环效率降低。同时带来输送动力、泄露等一连串的问题，还将使制冷压缩机容量、管路的制造和施工要求、检修的难度等都随之迅速提高。这样做不但在技术上不可行，而且从经济方面也不可取。仅以单价而言，制冷剂R22的售价就是载冷剂水的千倍以上。因此，在用冷场合不便于安装蒸发器，或者与产冷场合距离较远时，都应该引入载冷剂，采用间接式制冷系统。使用载冷剂的优势综合来看，使用载冷剂的优势在于：Q可以使制冷系统聚集在较小的范围里，便于整个装置的制造、安装、运行管理，提高制冷效率。同时将冷量传送到远处。另外还将减少制冷系统制冷剂的充灌量和减少制冷剂泄露的可能性；Q便于集中对冷量的分配和控制。特别是对集中供冷的大容量空冷装置而言；Q所用载冷剂的热容量较大，因此被冷却对象的温度易于保持稳定。不足之处是，增加了独立的载冷剂系统，使整个装置相对复杂，被冷却对象和制冷剂间的温差也加大了，需要更低的制冷剂蒸发温度。对载冷剂的要求1） 以液态流动、靠显热传递冷量的工作方式要求其循环时，不结冰、不挥发成气体。因此，载冷剂应该是凝固点低、挥发性小的物质，在工作温度范围内应始终呈液态。2） 载冷剂的传输和使用多在机房以外，尤其是用冷场合，也难免有不同程度的泄漏，与人和食品等物体相接处。因此，载冷剂要无毒、无刺激性，不会引起所接触物体的不良反应（变质、变味等），与环境无害，对管道和设备无腐蚀性或腐蚀性很小。3） 载冷剂要密度小、粘度小、传热性好、比热容大。这样可以使载冷系统中流动阻力损失小，液体循环量少、消耗泵功小，可减小热交换器面积。常用载冷剂简介（1） 水它性质稳定、安全可靠，无毒害和腐蚀作用，流动传热性较好，还是价廉易得的物质。不足之处在于凝固点为0°C,相对而言比较高.由于较高凝固点的限制，使之只适于工作温度在0°C以上的高温载冷适用场合。即在0°C以上的人工冷却过程和空调装置中，水是最适宜的载冷剂。特别注意：在接近0C的温度下做载冷剂时应对壳管式蒸发器等低温换热设备采取防冻措施。（2） 盐水溶液在水里参入一定数量的无机盐，就可以使新形成的盐水溶液凝固温度降低。而且，盐水的凝固温度取决于盐的种类，又是与一定的含盐量相对应的。因此，采用盐水溶液不仅能获得更低的工作温度，而且通过配置不同的盐水溶液浓度，在特定范围内也就可以调节载冷液的凝固温度了。无机盐水溶液的凝固温度到底遵循什么规律，尤其是与盐水的浓度又存在怎样的对应关系呢？只有首先清楚了这些，才能确定盐水配置时的合理浓度和使用中的最低温度。如图2-3所示，该图表示出了盐水状态与其温度T和浓度§间的关系。图中，曲线上各点分别表示各种浓度下盐水所对应的起始凝固温度。而曲线的最低点被称为共晶点，是指水、冰、固体无机盐三者同时存在的状态。该点所对应的浓度、温度分别被称为共晶浓度、共晶温度。共晶点左面的曲线称为析冰线，共晶点右面的曲线称为析盐线。从图中可知，盐水溶液温度降低时，发生相变的情况与其浓度有关。如果盐水的浓度比共晶浓度低，溶液降温凝固时是析出水分而结冰，而且起始凝固温度（此时为析冰温度）随浓度的增大而降低；如果盐水的浓度比共晶的浓度高，溶液降温凝固时是析出盐的结晶体，而且起始凝固温度（此时为析盐温度）随浓度的增大而升高。共晶温度是溶液不出现结冰或析盐的最低温度。盐水溶液具有较低的凝固温度，使它们适用于在较低的制冷装置内载冷。比热容和密度都比较大，因此，传递一定的冷量所需盐水溶液的流量较小。盐水的主要缺点是对金属具有腐蚀作用，尤其是略呈酸性且与空气相接触的稀盐水溶液对金属材料的腐蚀性很强。如果用于食品的冷藏，发生泄漏时也会对食品有一定的影响。盐水吸湿性较强，由于吸收空气中的水分等因素，在使用过程中浓度会逐渐降低。盐水溶液适合于工作温度在-50。。〜5°C之间的中温制冷装置中做载冷剂使用。最广泛使用的是氯化钙（CaCl2）水溶液、氯化钠（NaCl）和氯化镁（MgCl2）水溶液。其共晶温度分别为-55C、-21.2C、-33.6C。使用中，盐水的实际温度应比其共晶温度略高、配置的浓度不宜超过其共晶浓度。还要根据盐水的工作温度确定其浓度，一般配置的浓度应满足使对应的起始凝固温度比制冷剂的蒸发温度低5~8C。在使用中，必须针对不同环节采取相应的缓蚀措施。首先，应在盐水溶液中添加一定量的缓蚀剂，使溶液呈中性或弱碱性，即调整其pH值在7.0~8.5之间。其次，要避免因盐水池通风使盐水氧化，配置盐水溶液时，其浓度就可以适当的加大一些。为减少与空气的接触，载冷剂返回盐水池的回流入口也应在液面一下。另外，需要定期地检测盐水的浓度，必要时应补充盐，防止盐水冻结而影响正常使用。（3）有机载冷剂1）有机溶液：有机溶液不仅沸点均较低，而且其凝固点普遍地比水和盐水的还低，故可以在更低的温度下载冷。甲醇水溶液和乙醇水溶液的流动性都比较好，乙醇水溶液的粘性又稍小一些。乙二醇、丙二醇、丙三醇（甘油）的水溶液都是性能较好的低温载冷剂。它们的冰点都比水的冰点低，对管道、容器等所用的金属材料无腐蚀作用。其中，乙二醇水溶液使用最广泛。乙二醇、丙二醇水溶液的特性相似，粘度高，比热容和密度都较大。它们虽略具毒性，但无危害。乙二醇水溶液略有腐蚀性，其凝固点随浓度的增加而降低。丙三醇水溶液无毒、对金属无腐蚀作用，可与食品直接接触，并有抑制微生物生长的作用。2） 纯有机液体：纯有机液体的凝固点很低，在-100'C左右或更低。特点是比热容小、密度大、粘性小。甲醇和乙醇都有挥发性和可燃性，甲醇的冰点为-97C，乙醇的冰点为-117C。它们的纯液体密度和比热容都比盐水低。乙醇是具有芳香味的无色液体，可以任意比列溶于水。其他还有R13（一氯三氟甲烷）、R30（二氯甲烷）、R1120（三氯乙烯）等氟利昂液体。3） 应用：有机溶液被广泛地运用于低温制冷装置中，且一般都采用闭式封闭循环，系统中还常设有膨胀容器。用做载冷剂的有机溶液有甲醇，乙醇和它们各自的水溶液，乙二醇、丙二醇和丙三醇的水溶液。使用中，对于有燃烧性的有机载冷剂要注意防火，并采取防火措施；对具有腐蚀性的载冷剂还要添加缓蚀剂。很多氟利昂液体都可以选作低温载冷剂使用。但必须按照环保的需要加以选择，逐步淘汰对环境有危害的物质。还应注意管路的密封要求，考虑管路的承压能力。一般使用情况在一定的的温度范围内，适应实际工程的载冷剂并不太多。当载冷剂系统的使用目的和工作温度确定后，就可以在不多的几种载冷剂中进行比较选择。水只能用于在0C以上。在5C以上时，一般都采用水做载冷剂。蒸发温度在-50巧C时，一般可采用氯化钙水溶液、氯化钠水溶液做载冷剂，也可以采用性能良好的有机溶液。当然它们也能适应较高载冷温度的要求。如中央空调的蓄冰系统所采用的载冷剂就多为乙二醇水溶液。蒸发温度在低于-50C时，则应采用纯有机液体或特殊的有机物溶液。如聚二甲基硅醚溶液的运行温度就在-73.3以下。需要同时满足高低温要求时，应选择具有凝固点低、沸点高特性的物质做载冷剂。如对具有土50C温度要求的环境实验室。可采用不冻液（由乙二醇、水、乙醇组成的三元溶液，沸点为98C，冰点为-64C）。二、蓄冷剂蓄冷剂 冷的储蓄者。其作用是在某一时段内将制冷循环制出的冷量贮存起来，供需冷用户在另一时段使用。图2-4所示为一用于空调系统的水蓄冷系统。夜间制冷循环工作，蓄冷剂由制冷侧水泵送往制冷循环的蒸发器，被降低温度，将冷量贮存起来。白天，通常制冷循环不工作，低温的蓄冷剂由用户侧水泵送往空调设备，供空调用户使用。可以看出，蓄冷剂与载冷剂一样，也是输送冷量的中间介质，蓄冷系统也就成为间冷式制冷系统。不同的是它们对时间的把握。载冷剂是及时地将获得冷量传递给用户，而蓄冷剂则打了一个时间差。使用蓄冷剂的场合随着经济的高速发展和人民物质生活水平的不断提高，对电力的需求愈来愈大。夏季白天电力负荷较高，此时建筑物的空调系统也全面使用，促使电力负荷达到高峰。为了满足这种电力需求高峰，发电站必须增加装机容量。然而夜间电力负荷需求却急剧下降，形成电力负荷波谷，有电送不出，造成发电设备和电力的双重浪费。尤其过了夏季，建筑物的空调系统多数停止使用，浪费现象更为严重。蓄冷技术的应用能够实现电网电力的移峰填谷。即制冷机在夜间电力低谷时段运行，降低蓄冷剂温度（甚至冻结），贮存冷量；白天用电高峰时段，用贮存的冷量来供应全部或部分空调负荷，以少开或不开制冷机。这样既能保证制冷效果，又可降低电站的装机容量。另一方面，用冷场合于产冷场合的时间、空间发生矛盾时，也可使用蓄冷剂。如中、短途冷藏运输，随车又没有制冷设备，就可以采用蓄冷即在停车时蓄冷，开车时供冷的方法。使用蓄冷剂的优势使用蓄冷剂的优势表现在于：1） 合理使用能量，平衡城市的用电负荷，起到移峰填谷作用；充分利用现有资源，不浪费对发电厂的扩容投资。有利于提高发电效率、有效利用能源、减少污染和温室气体排放等。从全局而言，具有重大的社会和经济效应。2） 由于制冷系统在夜间工作，冷却水温度较