載冷劑是制冷系統(tǒng)中借以傳遞冷量的物質(zhì)。載冷劑將制冷機(jī)制得的冷量傳遞給被冷卻對(duì)象。它通常可以是液體,也可以是氣體。一般常用的有水、鹽水和空氣等。例如:制冰通常是用鹽水做載冷劑的。如在制冰系統(tǒng)中,蒸發(fā)盤管是沉浸在鹽水槽中,在制冰時(shí),可將盛有水的制冰模子,放入鹽水槽內(nèi)。槽內(nèi)鹽水吸收了蒸發(fā)盤管中的冷量,溫度下降,然后將冷量傳給制冰模子中的水,鹽水溫度便又升高。裝在糟內(nèi)的攪拌器不斷地?cái)嚢柚}水,使之循環(huán)流動(dòng),這樣,水就不斷地通過鹽水從蒸發(fā)盤管獲得冷量,經(jīng)過一定的時(shí)間便結(jié)成冰。
一般對(duì)載冷劑的要求是:比熱大(1公斤的物質(zhì)升高1℃所吸收的熱量,稱為比熱,單位是千卡/℃公斤)、凝固點(diǎn)低(物質(zhì)由液體變?yōu)楣腆w時(shí)的溫度稱為凝固點(diǎn))、對(duì)金屬及有關(guān)的設(shè)備材料不起化學(xué)作用、廉價(jià)易得。
空氣的比熱很小,只有在采用空氣直接冷卻時(shí)才使用,如小型空調(diào)器。水的比熱大,但水的凝固點(diǎn)高,因而限制了它的使用,它僅用于0℃以上的系統(tǒng)中。如果在水中放一些鹽,則其凝固點(diǎn)就降低了。在0℃以下的系統(tǒng)中,常采用這種鹽水作載冷劑。常用的鹽水有氯化鈣(GaCL2)鹽水,和氯化鈉(NaCl)鹽水。
鹽水的凝固點(diǎn)是隨著水中鹽的含量多少而變化。圖3-2為氯化鈉鹽水的凝固曲線。當(dāng)水中的含鹽量為15%時(shí),其凝固點(diǎn)溫度為-10℃。圖中左邊曲線表示:隨著水中含鹽量的增加,鹽水的凝固溫度就降低,直到冰鹽共品點(diǎn)為止。此點(diǎn)相當(dāng)于全部鹽水結(jié)成一塊冰鹽結(jié)晶體。冰鹽共晶點(diǎn)是鹽水的最低凝固點(diǎn)。若水中含鹽量為15%,當(dāng)溫度降低至相應(yīng)的凝固點(diǎn),即等于一 10℃時(shí),則有冰開始從鹽水中析出,所以,冰鹽共晶點(diǎn)左面的曲線稱為析冰線。鹽水在一定的濃度下,其凝固點(diǎn)的溫度是一定的,濃度愈大,凝固點(diǎn)越低,但也不是隨濃度的增加而一直降低下去。當(dāng)濃度超過共晶點(diǎn)時(shí),首先從鹽水中凝固析出的是結(jié)晶鹽,而且凝固點(diǎn)是隨濃度的增大而升高,所以冰鹽共晶點(diǎn)右面的曲線又稱析鹽線。
因此,我們可以根據(jù)制冷系統(tǒng)的工作溫度,選擇鹽水及其濃度。首先應(yīng)使鹽水的濃度不致于會(huì)在蒸發(fā)器表面產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象。但濃度又不宜太高,因鹽水的濃度越大,比重也就愈大,流動(dòng)時(shí)的阻力也就增加,此外,濃度愈大,鹽水的比熱也會(huì)減小,這樣在制取相同冷量的情況下,要加大鹽水的循環(huán)量,增大攪拌器(或鹽水泵)所消耗的動(dòng)力。為此,一般應(yīng)使鹽水濃度所對(duì)應(yīng)的凝固點(diǎn),較制冷劑的蒸發(fā)溫度低6-8℃。當(dāng)然鹽水的最大濃度,不得超過相當(dāng)于冰鹽共晶點(diǎn)的濃度。氯化鈉水溶液和氯化鈣水溶液的特性可見附錄。
氯化鈉水溶液的冰鹽共晶點(diǎn)溫度為一21.2℃,此時(shí)氯化鈉的濃度為29 %,因此,只有當(dāng)制冷劑的蒸發(fā)溫度高于一16℃時(shí),才能采用氯化鈉水溶液作載冷劑。對(duì)于氯化鈣水溶液,由于它的冰鹽共晶點(diǎn)溫度為一66℃,此時(shí)氯化鈣的濃度為42.7%,所以只要制冷劑的蒸發(fā)溫度高于一60℃,都可采用氯化鈣水溶液作為載冷劑。
鹽水的濃度,一般是用比重計(jì)首先測(cè)出鹽水的比重,然后再根據(jù)比重查表求得。
鹽水作為載冷劑,其缺點(diǎn)是對(duì)金屬有腐蝕作用,一般可在鹽水中加入定量的防腐劑重鉻酸鈉(N a2Cr2O7)。若使用的鹽水為氯化鈣溶液,則1米3的鹽水中應(yīng)溶入1.6公斤的重鉻酸鈉弘但要注意,重鉻酸鈉會(huì)傷害皮膚。在溫度更低的系統(tǒng)中,也有采用酒精作載冷劑的。