3.3 载冷剂在线视频

前面 我们已经学习了

“制冷剂”和“润滑油”的相关内容

下面

我们一起来学习

携带和输配低温冷量的制冷工质

“载冷剂”的相关知识

首先

让我们来看看 什么是载冷剂

在制冷 空调工程中

常常需要一种中间物质

将制冷装置生产的冷量

远距离传输 或间接冷却被冷却介质

我们把这种中间物质 通常称为载冷剂(Coolant)

实际上

还有一些场合

如 低环温空气源热泵热水机组冬季制热时

虽然输送的是 比环境温度更高的热水

但 为了防止停机后热水管内的水体被冻结

导致管道冻裂现象发生

故 取而代之

也采用 具有防冻功能的载冷剂

载冷剂的种类很多

首先

水是最为常用的载冷剂

在一般的空调系统中

输送0℃以上的冷量及热量

第二 是盐水

氯化钠 氯化钙等溶液

由于其凝固点低于0℃

故在 制冰 冰淇淋产业中得到普遍采用

还有乙二醇 丙二醇等有机溶液

常用于冰蓄冷空调系统中

下面

让我们一起来看看 这些载冷剂的主要特性

载冷剂 最重要的特性是热力特性

主要是指

溶液温度对浓度的影响规律

这是工程设计时的载冷剂选择

实际运行管理中确保冷量输配

和系统安全性的必须明确的特性

首先

我们来看看无机盐溶液的热力特性

这里给出了 NaCl溶液的相图

相图的横坐标 是溶液的浓度

纵坐标是溶液温度

图中 左侧实线是析冰线

右侧实线是析盐线

析冰线和析盐线的交点就叫

共晶点（eutectic point）

共晶点也称为“冰盐合晶点”

共晶点 是盐溶液中的盐和水

全部凝固成盐水共晶体时的温度

处于共晶点的溶液 叫做“共晶溶液”

其溶液浓度 叫做“共晶浓度”

对于NaCl溶液而言

其共晶点的温度 为-21.2℃

共晶点的浓度 为23.1%

实际盐溶液的浓度

随着溶液温度的降低 可能发生变化

其溶液状态

只可能落在析冰线和析盐线的上部区域

例如

10%浓度的NaCl溶液

当其从某一温度tA 开始逐渐冷却

在析冰线温度tB以上时

其温度降低

浓度不变

当冷却到析冰温度tB时

在溶液中就开始出现冰晶

这个冰晶也就是浓度为0%的冰

在温度逐渐降低至tC的过程中

溶液中将连续不断地析出冰晶

使得溶液的浓度沿着析冰线逐渐增大

析出的冰晶 为浓度为0的纯冰状态C´

盐溶液的浓度则变为C"

当温度再进一步低降低

直到共晶温度

则形成共晶溶液

再继续冷却

溶液将整体冻结成固体状态的共晶体

上述例子 是针对溶液浓度低于共晶浓度而言的

当溶液浓度高于共晶浓度时

也会出现类似现象

但 此时随着温度的降低

溶液中 不是析出冰晶

而是 析出盐的晶体

使得溶液的浓度 随着析盐线逐渐逐渐减小

直到共晶浓度

最终形成共晶体

在一些结晶工艺中

我们可以利用溶液的这个特性

实现盐溶液的结晶 分离

下面 我们以常用的乙二醇溶液为例

来看看 有机溶液载冷剂的热力特性

从这个相图上

我们可以清晰地看出

有机溶液只有一条凝固点曲线

凝固点曲线以上的区域 为溶液区

以下 为固态区

因此

它只有溶液和固体两种状态

而不像无机盐溶液那样（具）有共晶点

当溶液温度高于凝固点温度时 如A点

呈溶液状态

当温度下降到凝固点温度B点时

溶液就开始被冻结成固体

例如

20%的乙二醇溶液的凝固点为-10℃

故 被冷却到-10℃以下的C点时

则 一定会导致溶液被冻结成固体

因此

在选择有机溶液载冷剂时

则必须根据所携带冷量的最低温度

来确定载冷剂溶液的浓度

以防止温度过低时 出现载冷剂被冻结

导致设备的损毁的重大事故

盐水和有机溶液载冷剂

在建筑冷热源系统中经常用到

例如

前面 我们提到的

为了防止北方地区的空气源热泵制热机组

在冬季 因某种原因停机后热水管被冻结

可采用载冷剂 乙二醇溶液

代替水作为热量的输配介质

由于北京地区的外温 很少低于-15℃

故 采用30％的乙二醇溶液 如图中的D点

则可满足防冻要求

再如

在冰蓄冷空调系统中

也采用乙二醇溶液 作为制冰的载冷剂

请看 这个冰蓄冷空调系统的原理图

在正常的制冷工况下

制冷机组制取冷量冷却乙二醇溶液

低温乙二醇溶液 通过板换与冷水换热

将空调箱的回水冷却

再送入空调箱（AHU）表冷器中冷却新风与回风

在夜间低谷电价时

用制冷机组制冷

用低温乙二醇溶液 将蓄冰槽内的水冻结成冰

并存储在冰盘管上

在白天峰值电价时

在制冷机组制冷的同时

还可以让温度较高的乙二醇溶液 流过冰盘管

使冰融化实现取冷

并通过取冷的板换将取出的冷量

与冷水机组制取的冷量一同送入空调箱

这种让温度较高的乙二醇溶液

流过冰盘管内部 使其表面附着的冰体

从盘管表面开始向外融化的蓄冰槽

叫做“内融冰蓄冰槽”

如果 用空调箱返回的 温度较高的回水

直接流过冰盘管的外侧

那么

冰则从冰层外表面 开始融化

故 这类蓄冰槽就叫做“外融冰蓄冰槽”

还有一种蓄冰槽

就是在槽体内 放置很多盛有水的冰球

通过低温乙二醇溶液 将制冷机组制取的冷量

以凝固潜热的方式贮存在冰球中的水体中

取冷时 利用温度较高的乙二醇溶液

去融化冰球内的冰

从而制取 温度较低的乙二醇溶液

再通过板换 将冷量传递给空调用冷水中

这种蓄冰槽 则称为“冰球式蓄冰槽”

可见 载冷剂是冰蓄冷空调系统中重要的蓄冷与取冷载体

充分体现了“载冷剂”的载冷功能

最后

我们来看看 载冷剂的选用问题

第一 载冷剂的选用原则

第一个选用原则 就是要求比热应尽量的大

这样 可以减小载冷剂的流量

节省泵耗

第二 比重和粘度要尽可能的小

以降低溶液泵的扬程

节省泵耗

第三 导热系数要大

这样 可以节省板换的面积

第四 需要良好的化学性质

如 化学稳定性好 无毒 腐蚀性小

同时 价格低廉

容易获得

第二 浓度的确定方法

首先

对于盐溶液载冷剂而言

要求溶液的浓度应低于共晶浓度

这样 一方面载冷剂使用量小

以提高载冷剂的使用经济性

同时

因为 防冻控制比防盐结晶的控制 更为容易

其次

对于无机与有机载冷剂而言

要求其溶液的析冰温度 或者是凝固温度

必须低于冷源温度

对于直接膨胀式制冷系统而言

溶液的析冰或凝固点温度 必须低于蒸发温度

以防止载冷剂被冻结

这里 给出了开式 闭式盐水槽

以及乙二醇溶液对载冷剂溶液的析冰点

或凝固点温度的要求

可以看出

对于开式载冷剂系统

选取载冷剂的浓度

要求其析冰温度

需比冷源温度或蒸发温度要低4~5℃

才能避免载冷剂出现结冰风险

由于 闭式载冷剂系统更容易被冻结

故 要求的载冷剂凝固点温度更低

因此

只要在满足防冻的前提下

应尽可能 选用浓度较低的载冷剂

这样 可以降低溶液的粘度

减少溶液泵的扬程

进而 降低泵耗

上面 我们介绍的都是利用显热载冷的载冷剂

当比热和溶液温差一定时

其载冷量的大小和流量大小成正比

对于冷量较大的系统

无疑其泵耗也相当的大

我们请同学们思考一个问题

是否可以采用

气液相变介质作为低温载冷剂呢

答案是肯定的

请同学们在课后 查阅相关文献

分析相变载冷剂适用于哪些场合

有何优势和不足

到此

我们已经学完了“制冷工质”的全部内容

下面 我们对本章做一个小结

第一 制冷剂是制冷循环的血液

我们需要知道它的作用 种类 命名方法

主要热力学和物理化学特性

制冷剂的选用 直接关系到环境保护

能源效率 经济发展和制冷技术的发展方向

我们应关注其替代的现状

深知我们的历史使命

第二 我们应熟悉冷冻油的作用 种类

及其技术要求

应高度重视冷冻油与制冷剂的相溶性问题

做好制冷系统的回油设计与控制

以提高制冷与热泵装置的安全性

可靠性和节能性

第三 我们应熟知载冷剂的种类和特性（要求）

并掌握其选用原则

特别是 浓度的确定方法

通过对本章内容的学习

我们应根据实际需求

用好制冷剂 润滑油和载冷剂

并进一步研发出优良的制冷工质

以推动制冷与热泵行业的技术进步

和可持续发展

谢谢大家

再见