淺析選擇制冷設(shè)備的載冷劑的方法

【摘要】載冷劑是在間接冷卻的制冷裝置中，完成將被冷卻系統(tǒng)的熱量傳遞給制冷劑的中間冷卻介質(zhì)，本文對載冷劑的作用、不同載冷劑的特點(diǎn)、選擇要求及選擇方法進(jìn)行分析、探討。

【關(guān)鍵詞】制冷設(shè)備；載冷劑；選擇

一、載冷劑

載冷劑是在間接冷卻的制冷裝置中，完成將被冷卻系統(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）。

二、對載冷劑的選擇要求和選擇方法

（一）載冷劑的選擇要求

（1）載冷劑是依靠顯熱來運(yùn)載熱量的，所以要求載冷劑在工作溫度下處于液態(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)溫度低4～8℃，沸點(diǎn)比制冷系統(tǒng)所能達(dá)到的最高溫度高。（2）比熱容要大，在傳遞一定熱量時，可使載冷劑的循環(huán)量少，使輸送載冷劑的泵耗功少，管道的耗材量少，循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性高。另外當(dāng)一定量的流體傳遞一定量的熱量時，比熱容大能使傳熱溫差減小。（3）導(dǎo)熱系數(shù)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）化學(xué)性能要穩(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。如果在特殊情況下必須使用可燃、易揮發(fā)的載冷劑時，其閃點(diǎn)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、食品及環(huán)境無毒、無害，不會引起其他物質(zhì)的變色、變味、變質(zhì)。（7）要求價格低廉，易于獲得。

（二）載冷劑的選擇方法

在實(shí)際工程中使用的載冷劑有水、鹽水溶液等兩大類。

（1）蒸發(fā)溫度在5℃以上的載冷劑系統(tǒng)，可采用水作載冷劑。（2）蒸發(fā)溫度在-50～5℃的范圍內(nèi)，可采用氯化鈉鹽水溶液（-16～5℃）或氯化鈣鹽水溶液（-50～5℃）作載冷劑。鹽水溶液的最大缺點(diǎn)是對金屬材料有腐蝕作用，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。

三、常用載冷劑的特性

（一）水（H2O）

水的凝固點(diǎn)為0℃，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸點(diǎn)100℃，水是常用于空調(diào)制冷裝置及5℃以上的生產(chǎn)工藝?yán)鋮s的一種載冷劑。

水的密度小，粘度小，水的流動阻力小，所采用的設(shè)備尺寸較小。水的比熱容大，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。水無毒，對人、食品和環(huán)境都是絕對無害的，系統(tǒng)安全性好。所以在空調(diào)系統(tǒng)中，水不僅可作為載冷劑，也可直接噴人空氣中進(jìn)行調(diào)濕和洗滌空氣。

水的缺點(diǎn)是凝固點(diǎn)高，限制了它的應(yīng)用范圍，并且在作為接近0℃的載冷劑時，應(yīng)注意殼管式蒸發(fā)器等換熱設(shè)備的防凍措施。

（二）鹽水溶液

常用作載冷劑的鹽水溶液有氯化鈉（NaCl）鹽水溶液、氯化鈣（CaCl2）鹽水溶液及氯化鎂（MgCl2）鹽水溶液。鹽水溶液是常用于中溫制冷裝置中的載冷劑。鹽水溶液的凝固點(diǎn)、比熱容、密度等特性取決于鹽水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與溫度。

1.鹽水的特性

（1）鹽水溶液的凝固點(diǎn)隨溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)而改變。（2）鹽水溶液的導(dǎo)熱系數(shù)隨溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而降低，隨溫度的降低而降低；鹽水溶液的粘度隨溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大而增大，隨溫度的降低而增大；鹽水溶液的比熱容隨溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大而減小，隨溫度降低而減小；鹽水溶液的密度隨溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大而增大，隨溫度降低而增大，所以鹽水循環(huán)泵的耗功也隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大。（3）鹽水溶液在使用過程中會吸收空氣中的水分而使本身的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，凝固點(diǎn)提高。為了防止鹽水溶液凝固點(diǎn)升高而影響系統(tǒng)的正常工作，應(yīng)該定期測定鹽水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，及時補(bǔ)充加鹽，以保持其適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)，并在可能的條件下給鹽水池加蓋。（4）氯化鈉和氯化鈣不能混合使用，以防鹽水池中出現(xiàn)沉淀。

2.降低鹽水腐蝕性的措施

鹽水溶液無毒，安全，不燃燒，不爆炸，但其主要缺點(diǎn)是對金屬材料有較強(qiáng)的腐蝕性，能腐蝕設(shè)備與管道。降低鹽水溶液腐蝕性的措施有：（1）鹽水對金屬的腐蝕強(qiáng)度隨溶液中的含氧量增加而增大?？諝庵械难鯕鈺ㄟ^敞露的鹽水表面而溶人溶液中，并且鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低，氧的溶解性將越大，所以在使用時一方面不能使溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)太低，另一方面應(yīng)盡量使用封閉式鹽水系統(tǒng)。（2）鹽水的酸堿度pH=8.5（弱堿性）時，對金屬的腐蝕性最小，酸性時，對金屬的腐蝕性會加強(qiáng)，因此要防止溶液由堿性轉(zhuǎn)變?yōu)樗嵝?。鹽水池中溶液與空氣接觸時能吸收空氣中的CO2，使溶液呈酸性，在使用時應(yīng)定期檢查鹽水溶液的pH并加以調(diào)正。（3）使用的氯化鈉和氯化鈣純度要高，同時氯化鈉鹽水溶液的密度在1.1 5～11.18g/cm3（+15℃）。氯化鈣鹽水溶液的密度在1.2～1.24 g/cm3（+1 5℃）時腐蝕性最弱。（4）嚴(yán)格禁止在鹽水池中有兩種或兩種以上金屬材料存在，以防電離現(xiàn)象產(chǎn)生。（5）防止制冷劑氨漏人鹽水溶液中而加速腐蝕金屬。（6）在鹽水溶液中添加適量的緩蝕劑（例如重鉻酸鈉Na2Cr2O7·2H2O和氫氧化鈉NaOH。在使用時，每1m3的氯化鈉鹽水溶液中加入3.2kg重鉻酸鈉；每1m3的氯化鈣鹽水溶液中加入1.6 kg的重鉻酸鈉；每10 kg重鉻酸鈉中加入2.7kg的氫氧化鈉來調(diào)整鹽水溶液使其呈弱堿性（pH=8.5）。重鉻酸鈉能損害人體皮膚，在配制時應(yīng)特別小心，須戴橡皮手套。

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作者簡介：熊小剛（1970.10—），男，漢族，重慶人，本科，副教授，研究方向：機(jī)電一體化技術(shù)。