載冷劑與蓄冷劑一、載冷劑顧名思義，載冷劑就是冷的載體，如圖2-2所示。載冷劑將制冷循環(huán)中供冷的蒸發(fā)器與用冷的用戶連接起來起到了在需冷者（被冷卻對象）和產(chǎn)冷者（制冷循環(huán)）之間傳遞冷量的作用。循環(huán)過程是載冷劑在蒸發(fā)系統(tǒng)的蒸發(fā)器中被低溫制冷劑冷卻后，由泵輸送到各用冷場合的冷卻設(shè)備內(nèi)，吸收被冷卻對象的熱量而使其降溫，自身溫度升高后再返回蒸發(fā)器傳熱給制冷劑。如此連續(xù)循環(huán)，就能達到不斷吸取和傳送冷量的效果。不難看出，載冷劑是傳送冷量的中間介質(zhì)，固又被稱為冷媒。相對于由制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)直接蒸發(fā)冷卻被冷卻對象的直冷式制冷系統(tǒng)，這種形式的制冷系統(tǒng)也稱為間冷式制冷系統(tǒng)。1.使用載冷劑的場合對制冷系統(tǒng)我們比較熟悉了，其中必有蒸發(fā)器在用冷場合輸出冷量，而它是靠制冷劑的吸熱效應直接冷卻被冷卻對象。但是，這種直接由制冷劑冷卻被冷卻對象的直接直接冷卻式制冷系統(tǒng)并非無所不適、無所不能。首先，對于有毒或刺激性氣味的制冷劑，其制冷系統(tǒng)又不可能絕對沒有泄漏，怎樣確保人類的安全和食品的品質(zhì)等不受危害呢？除了嚴格的技術(shù)設(shè)施和安全措施外，根本在于將蒸發(fā)器在內(nèi)的制冷系統(tǒng)都撤出用冷場合，改用安全、無毒、無毒、無刺激性和無不良作用的載冷劑來傳送冷量。其次，在用冷與產(chǎn)冷場合相距較遠時，如大型中央空調(diào)，如果依然堅持將蒸發(fā)器放在用冷場合，又會有什么后果呢？制冷系統(tǒng)管路要大幅度地延長，制冷劑的流動阻力損失加大，使制冷循環(huán)效率降低。同時帶來輸送動力、泄露等一連串的問題，還將使制冷壓縮機容量、管路的制造和施工要求、檢修的難度等都隨之迅速提高。這樣做不但在技術(shù)上不可行，而且從經(jīng)濟方面也不可取。僅以單價而言，制冷劑R22的售價就是載冷劑水的千倍以上。因此，在用冷場合不便于安裝蒸發(fā)器，或者與產(chǎn)冷場合距離較遠時，都應該引入載冷劑，采用間接式制冷系統(tǒng)。使用載冷劑的優(yōu)勢綜合來看，使用載冷劑的優(yōu)勢在于：Q可以使制冷系統(tǒng)聚集在較小的范圍里，便于整個裝置的制造、安裝、運行管理，提高制冷效率。同時將冷量傳送到遠處。另外還將減少制冷系統(tǒng)制冷劑的充灌量和減少制冷劑泄露的可能性；Q便于集中對冷量的分配和控制。特別是對集中供冷的大容量空冷裝置而言；Q所用載冷劑的熱容量較大，因此被冷卻對象的溫度易于保持穩(wěn)定。不足之處是，增加了獨立的載冷劑系統(tǒng)，使整個裝置相對復雜，被冷卻對象和制冷劑間的溫差也加大了，需要更低的制冷劑蒸發(fā)溫度。對載冷劑的要求1） 以液態(tài)流動、靠顯熱傳遞冷量的工作方式要求其循環(huán)時，不結(jié)冰、不揮發(fā)成氣體。因此，載冷劑應該是凝固點低、揮發(fā)性小的物質(zhì)，在工作溫度范圍內(nèi)應始終呈液態(tài)。2） 載冷劑的傳輸和使用多在機房以外，尤其是用冷場合，也難免有不同程度的泄漏，與人和食品等物體相接處。因此，載冷劑要無毒、無刺激性，不會引起所接觸物體的不良反應（變質(zhì)、變味等），與環(huán)境無害，對管道和設(shè)備無腐蝕性或腐蝕性很小。3） 載冷劑要密度小、粘度小、傳熱性好、比熱容大。這樣可以使載冷系統(tǒng)中流動阻力損失小，液體循環(huán)量少、消耗泵功小，可減小熱交換器面積。常用載冷劑簡介（1） 水它性質(zhì)穩(wěn)定、安全可靠，無毒害和腐蝕作用，流動傳熱性較好，還是價廉易得的物質(zhì)。不足之處在于凝固點為0°C,相對而言比較高.由于較高凝固點的限制，使之只適于工作溫度在0°C以上的高溫載冷適用場合。即在0°C以上的人工冷卻過程和空調(diào)裝置中，水是最適宜的載冷劑。特別注意：在接近0C的溫度下做載冷劑時應對殼管式蒸發(fā)器等低溫換熱設(shè)備采取防凍措施。（2） 鹽水溶液在水里參入一定數(shù)量的無機鹽，就可以使新形成的鹽水溶液凝固溫度降低。而且，鹽水的凝固溫度取決于鹽的種類，又是與一定的含鹽量相對應的。因此，采用鹽水溶液不僅能獲得更低的工作溫度，而且通過配置不同的鹽水溶液濃度，在特定范圍內(nèi)也就可以調(diào)節(jié)載冷液的凝固溫度了。無機鹽水溶液的凝固溫度到底遵循什么規(guī)律，尤其是與鹽水的濃度又存在怎樣的對應關(guān)系呢？只有首先清楚了這些，才能確定鹽水配置時的合理濃度和使用中的最低溫度。如圖2-3所示，該圖表示出了鹽水狀態(tài)與其溫度T和濃度§間的關(guān)系。圖中，曲線上各點分別表示各種濃度下鹽水所對應的起始凝固溫度。而曲線的最低點被稱為共晶點，是指水、冰、固體無機鹽三者同時存在的狀態(tài)。該點所對應的濃度、溫度分別被稱為共晶濃度、共晶溫度。共晶點左面的曲線稱為析冰線，共晶點右面的曲線稱為析鹽線。從圖中可知，鹽水溶液溫度降低時，發(fā)生相變的情況與其濃度有關(guān)。如果鹽水的濃度比共晶濃度低，溶液降溫凝固時是析出水分而結(jié)冰，而且起始凝固溫度（此時為析冰溫度）隨濃度的增大而降低；如果鹽水的濃度比共晶的濃度高，溶液降溫凝固時是析出鹽的結(jié)晶體，而且起始凝固溫度（此時為析鹽溫度）隨濃度的增大而升高。共晶溫度是溶液不出現(xiàn)結(jié)冰或析鹽的最低溫度。鹽水溶液具有較低的凝固溫度，使它們適用于在較低的制冷裝置內(nèi)載冷。比熱容和密度都比較大，因此，傳遞一定的冷量所需鹽水溶液的流量較小。鹽水的主要缺點是對金屬具有腐蝕作用，尤其是略呈酸性且與空氣相接觸的稀鹽水溶液對金屬材料的腐蝕性很強。如果用于食品的冷藏，發(fā)生泄漏時也會對食品有一定的影響。鹽水吸濕性較強，由于吸收空氣中的水分等因素，在使用過程中濃度會逐漸降低。鹽水溶液適合于工作溫度在-50。。?5°C之間的中溫制冷裝置中做載冷劑使用。最廣泛使用的是氯化鈣（CaCl2）水溶液、氯化鈉（NaCl）和氯化鎂（MgCl2）水溶液。其共晶溫度分別為-55C、-21.2C、-33.6C。使用中，鹽水的實際溫度應比其共晶溫度略高、配置的濃度不宜超過其共晶濃度。還要根據(jù)鹽水的工作溫度確定其濃度，一般配置的濃度應滿足使對應的起始凝固溫度比制冷劑的蒸發(fā)溫度低5~8C。在使用中，必須針對不同環(huán)節(jié)采取相應的緩蝕措施。首先，應在鹽水溶液中添加一定量的緩蝕劑，使溶液呈中性或弱堿性，即調(diào)整其pH值在7.0~8.5之間。其次，要避免因鹽水池通風使鹽水氧化，配置鹽水溶液時，其濃度就可以適當?shù)募哟笠恍闇p少與空氣的接觸，載冷劑返回鹽水池的回流入口也應在液面一下。另外，需要定期地檢測鹽水的濃度，必要時應補充鹽，防止鹽水凍結(jié)而影響正常使用。（3）有機載冷劑1）有機溶液：有機溶液不僅沸點均較低，而且其凝固點普遍地比水和鹽水的還低，故可以在更低的溫度下載冷。甲醇水溶液和乙醇水溶液的流動性都比較好，乙醇水溶液的粘性又稍小一些。乙二醇、丙二醇、丙三醇（甘油）的水溶液都是性能較好的低溫載冷劑。它們的冰點都比水的冰點低，對管道、容器等所用的金屬材料無腐蝕作用。其中，乙二醇水溶液使用最廣泛。乙二醇、丙二醇水溶液的特性相似，粘度高，比熱容和密度都較大。它們雖略具毒性，但無危害。乙二醇水溶液略有腐蝕性，其凝固點隨濃度的增加而降低。丙三醇水溶液無毒、對金屬無腐蝕作用，可與食品直接接觸，并有抑制微生物生長的作用。2） 純有機液體：純有機液體的凝固點很低，在-100'C左右或更低。特點是比熱容小、密度大、粘性小。甲醇和乙醇都有揮發(fā)性和可燃性，甲醇的冰點為-97C，乙醇的冰點為-117C。它們的純液體密度和比熱容都比鹽水低。乙醇是具有芳香味的無色液體，可以任意比列溶于水。其他還有R13（一氯三氟甲烷）、R30（二氯甲烷）、R1120（三氯乙烯）等氟利昂液體。3） 應用：有機溶液被廣泛地運用于低溫制冷裝置中，且一般都采用閉式封閉循環(huán)，系統(tǒng)中還常設(shè)有膨脹容器。用做載冷劑的有機溶液有甲醇，乙醇和它們各自的水溶液，乙二醇、丙二醇和丙三醇的水溶液。使用中，對于有燃燒性的有機載冷劑要注意防火，并采取防火措施；對具有腐蝕性的載冷劑還要添加緩蝕劑。很多氟利昂液體都可以選作低溫載冷劑使用。但必須按照環(huán)保的需要加以選擇，逐步淘汰對環(huán)境有危害的物質(zhì)。還應注意管路的密封要求，考慮管路的承壓能力。一般使用情況在一定的的溫度范圍內(nèi)，適應實際工程的載冷劑并不太多。當載冷劑系統(tǒng)的使用目的和工作溫度確定后，就可以在不多的幾種載冷劑中進行比較選擇。水只能用于在0C以上。在5C以上時，一般都采用水做載冷劑。蒸發(fā)溫度在-50巧C時，一般可采用氯化鈣水溶液、氯化鈉水溶液做載冷劑，也可以采用性能良好的有機溶液。當然它們也能適應較高載冷溫度的要求。如中央空調(diào)的蓄冰系統(tǒng)所采用的載冷劑就多為乙二醇水溶液。蒸發(fā)溫度在低于-50C時，則應采用純有機液體或特殊的有機物溶液。如聚二甲基硅醚溶液的運行溫度就在-73.3以下。需要同時滿足高低溫要求時，應選擇具有凝固點低、沸點高特性的物質(zhì)做載冷劑。如對具有土50C溫度要求的環(huán)境實驗室。可采用不凍液（由乙二醇、水、乙醇組成的三元溶液，沸點為98C，冰點為-64C）。二、蓄冷劑蓄冷劑 冷的儲蓄者。其作用是在某一時段內(nèi)將制冷循環(huán)制出的冷量貯存起來，供需冷用戶在另一時段使用。圖2-4所示為一用于空調(diào)系統(tǒng)的水蓄冷系統(tǒng)。夜間制冷循環(huán)工作，蓄冷劑由制冷側(cè)水泵送往制冷循環(huán)的蒸發(fā)器，被降低溫度，將冷量貯存起來。白天，通常制冷循環(huán)不工作，低溫的蓄冷劑由用戶側(cè)水泵送往空調(diào)設(shè)備，供空調(diào)用戶使用。可以看出，蓄冷劑與載冷劑一樣，也是輸送冷量的中間介質(zhì)，蓄冷系統(tǒng)也就成為間冷式制冷系統(tǒng)。不同的是它們對時間的把握。載冷劑是及時地將獲得冷量傳遞給用戶，而蓄冷劑則打了一個時間差。使用蓄冷劑的場合隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的不斷提高，對電力的需求愈來愈大。夏季白天電力負荷較高，此時建筑物的空調(diào)系統(tǒng)也全面使用，促使電力負荷達到高峰。為了滿足這種電力需求高峰，發(fā)電站必須增加裝機容量。然而夜間電力負荷需求卻急劇下降，形成電力負荷波谷，有電送不出，造成發(fā)電設(shè)備和電力的雙重浪費。尤其過了夏季，建筑物的空調(diào)系統(tǒng)多數(shù)停止使用，浪費現(xiàn)象更為嚴重。蓄冷技術(shù)的應用能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)電力的移峰填谷。即制冷機在夜間電力低谷時段運行，降低蓄冷劑溫度（甚至凍結(jié)），貯存冷量；白天用電高峰時段，用貯存的冷量來供應全部或部分空調(diào)負荷，以少開或不開制冷機。這樣既能保證制冷效果，又可降低電站的裝機容量。另一方面，用冷場合于產(chǎn)冷場合的時間、空間發(fā)生矛盾時，也可使用蓄冷劑。如中、短途冷藏運輸，隨車又沒有制冷設(shè)備，就可以采用蓄冷即在停車時蓄冷，開車時供冷的方法。使用蓄冷劑的優(yōu)勢使用蓄冷劑的優(yōu)勢表現(xiàn)在于：1） 合理使用能量，平衡城市的用電負荷，起到移峰填谷作用；充分利用現(xiàn)有資源，不浪費對發(fā)電廠的擴容投資。有利于提高發(fā)電效率、有效利用能源、減少污染和溫室氣體排放等。從全局而言，具有重大的社會和經(jīng)濟效應。2） 由于制冷系統(tǒng)在夜間工作，冷卻水溫度較