载冷剂是制冷系统中借以传递冷量的物质。载冷剂将制冷机制得的冷量传递给被冷却对象。它通常可以是液体,也可以是气体。一般常用的有水、盐水和空气等。例如:制冰通常是用盐水做载冷剂的。如在制冰系统中,蒸发盘管是沉浸在盐水槽中,在制冰时,可将盛有水的制冰模子,放入盐水槽内。槽内盐水吸收了蒸发盘管中的冷量,温度下降,然后将冷量传给制冰模子中的水,盐水温度便又升高。装在糟内的搅拌器不断地搅拌着盐水,使之循环流动,这样,水就不断地通过盐水从蒸发盘管获得冷量,经过一定的时间便结成冰。
一般对载冷剂的要求是:比热大(1公斤的物质升高1℃所吸收的热量,称为比热,单位是千卡/℃公斤)、凝固点低(物质由液体变为固体时的温度称为凝固点)、对金属及有关的设备材料不起化学作用、廉价易得。
空气的比热很小,只有在采用空气直接冷却时才使用,如小型空调器。水的比热大,但水的凝固点高,因而限制了它的使用,它仅用于0℃以上的系统中。如果在水中放一些盐,则其凝固点就降低了。在0℃以下的系统中,常采用这种盐水作载冷剂。常用的盐水有氯化钙(GaCL2)盐水,和氯化钠(NaCl)盐水。
盐水的凝固点是随着水中盐的含量多少而变化。图3-2为氯化钠盐水的凝固曲线。当水中的含盐量为15%时,其凝固点温度为-10℃。图中左边曲线表示:随着水中含盐量的增加,盐水的凝固温度就降低,直到冰盐共品点为止。此点相当于全部盐水结成一块冰盐结晶体。冰盐共晶点是盐水的最低凝固点。若水中含盐量为15%,当温度降低至相应的凝固点,即等于一 10℃时,则有冰开始从盐水中析出,所以,冰盐共晶点左面的曲线称为析冰线。盐水在一定的浓度下,其凝固点的温度是一定的,浓度愈大,凝固点越低,但也不是随浓度的增加而一直降低下去。当浓度超过共晶点时,首先从盐水中凝固析出的是结晶盐,而且凝固点是随浓度的增大而升高,所以冰盐共晶点右面的曲线又称析盐线。
因此,我们可以根据制冷系统的工作温度,选择盐水及其浓度。首先应使盐水的浓度不致于会在蒸发器表面产生结冰现象。但浓度又不宜太高,因盐水的浓度越大,比重也就愈大,流动时的阻力也就增加,此外,浓度愈大,盐水的比热也会减小,这样在制取相同冷量的情况下,要加大盐水的循环量,增大搅拌器(或盐水泵)所消耗的动力。为此,一般应使盐水浓度所对应的凝固点,较制冷剂的蒸发温度低6-8℃。当然盐水的最大浓度,不得超过相当于冰盐共晶点的浓度。氯化钠水溶液和氯化钙水溶液的特性可见附录。
氯化钠水溶液的冰盐共晶点温度为一21.2℃,此时氯化钠的浓度为29 %,因此,只有当制冷剂的蒸发温度高于一16℃时,才能采用氯化钠水溶液作载冷剂。对于氯化钙水溶液,由于它的冰盐共晶点温度为一66℃,此时氯化钙的浓度为42.7%,所以只要制冷剂的蒸发温度高于一60℃,都可采用氯化钙水溶液作为载冷剂。
盐水的浓度,一般是用比重计首先测出盐水的比重,然后再根据比重查表求得。
盐水作为载冷剂,其缺点是对金属有腐蚀作用,一般可在盐水中加入定量的防腐剂重铬酸钠(N a2Cr2O7)。若使用的盐水为氯化钙溶液,则1米³的盐水中应溶入1.6公斤的重铬酸钠弘但要注意,重铬酸钠会伤害皮肤。在温度更低的系统中,也有采用酒精作载冷剂的。