載冷劑

以間接冷卻方式工作的製冷裝置中，將被冷卻物體的熱量傳給正在蒸發的製冷劑的物質稱為載冷劑。載冷劑通常為液體，在傳送熱量過程中一般不發生相變。但也有些載冷劑為氣體，或者液固混合物，如二元冰等。常用的載冷劑有：水、鹽水、乙二醇或丙二醇溶液、二氯甲烷和三氯乙烯，一般不包括一氟二氯甲烷，這個通常作為製冷劑，只有在直接製冷時，才使用製冷劑作為載冷劑。直接製冷用大量的致冷劑，致冷劑一般對環境的友好程度低，如氟利昂，氨氣等，因此間接製冷是節能環保的一種方式。

1.水：它性質穩定、安全可靠，無毒害和腐蝕作用，流動傳熱性較好，還是廉價易得物質。不足之處在於凝固點為0°C，相對而言比較高。由於較高凝固點的限制使之只適用於工作溫度在0℃以上的高溫載冷場合。即在0°C以上的人工冷卻過程和空調裝置中，水是最適宜的載冷劑。如空氣調節設備等。工業用的循環冷卻水，溫度一般在10-30℃。

2.鹽水：即氯化鈣或氯化鈉的水溶液，可用於鹽水製冰機和間接冷卻的冷藏裝置，或冷卻袋裝食品。鹽水的凝固溫度隨濃度而變，當溶液濃度為29.9%時，氯化鈣鹽水的最低凝固溫度為-55℃；當溶液濃度為22.4%時，氯化鈉鹽水的最低凝固溫度為-21.2℃。使用時按溶液的凝固溫度比製冷機的蒸發溫度低5℃左右為準來選定鹽水的濃度。氯化鈣和氯化鈉價格較低，對設備腐蝕性很大。

3.丙二醇和乙二醇：性質穩定，與水混溶，其溶液的凝固溫度隨濃度而變，通常用它們的水溶液作為載冷劑，適用的溫度範圍為0-20。雖然乙二醇或丙二醇溶液的凝固點低，可達-50℃，但是低溫下溶液的粘度上升非常迅速，因此，一般具有工業應用價值的溫度為-20℃以上。其水溶液也有腐蝕性。

4.二氯甲烷和三氯乙烯：通常用它們的液體作為載冷劑。二氯甲烷的凝固溫度為-97℃,適用溫度範圍為-50～-90℃。但是無論是二氯甲烷，還是三氯乙烯都具有以下明顯的缺點：液體揮發性高，沸點低，因此損失很重，需要補充的量非常多；含氯元素，而氯元素非常活潑，容易脫落形成鹽酸及鹽酸鹽，造成設備腐蝕；溶水性低，因此低溫下容易造成管道及設備的冰堵、爆管等損害；傳熱係數低，有機物的傳熱係數均較低。目前針對此類有機物載冷劑，市場上通常選擇替代品。

選擇載冷劑需考慮以下各點：

①凍結溫度低，必須低於製冷的操作溫度；

②傳熱分係數大，即熱導率和熱容要大，而粘度要小；

③性質穩定，腐蝕性小；

④安全無毒、價格低廉；

⑤價格便宜，便於獲得。

綜合來看，使用載冷劑的優勢在於：

1、可以使製冷機系統聚集在較小的範圍里，便於整個裝置的製造、安裝、運行管理，提高製冷效率。同時將冷量傳送到遠處。另外還將減少製冷劑系統製冷劑的充灌量和減少製冷劑泄漏的可能性。

2、便於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。

3、所用的載冷劑熱容量較大，因此被冷卻對象的溫度易於穩定。

常用的載冷劑是水，但只能用於高於0℃的條件。當要求低於0℃時，一般採用鹽水，如氯化鈉或氯化鈣鹽水溶液，或採用乙二醇或丙三醇等有機化合物的水溶液。

鹽水溶液

鹽水溶液是鹽和水的溶液，它的性質取決於溶液中鹽的濃度，如圖1和圖2所示。圖中曲線為不同濃度鹽水的凝固溫度曲線，溶液中鹽的濃度低時，凝固溫度隨濃度增加而降低，當濃度高於一定值以後，凝固溫度隨濃度增加反而升高，此轉折點為冰鹽合晶點。曲線將相圖分為四區，各區鹽水的狀態不同。曲線上部為溶液區；曲線左部（虛線以上）為冰—鹽溶液區，就是說當鹽水濃度低於合晶點濃度、溫度低於該濃度的析鹽溫度而高於合晶點溫度時，有冰析出，溶液濃度增加，故左側曲線也稱為析冰線；曲線右部（虛線以上）為鹽—鹽水溶液區，就是說鹽水濃度高於合晶點濃度、溫度低於該濃度的析鹽溫度而高於合晶點溫度時，有鹽析出，溶液濃度降低，故右側曲線也稱為析鹽線。低於合晶點溫度（虛線以下）部分為固態區。

選擇鹽水濃度時應注意，鹽水溶液濃度越大，其密度越大，流動阻力也越大，而比熱減小，輸送相同冷量時，需增加鹽水溶液的流量。因此，只要保證蒸發器中鹽水溶液不凍結，凝固溫度不要選擇過低，一般比蒸發溫度低4~5℃（敞開式蒸發器）或8~10℃（封閉式蒸發器），而且濃度不應大於合晶點濃度。

鹽水溶液在製冷系統中運轉時，有可能不斷吸收空氣中的水分，使其濃度降低，凝固溫度升高，所欲應定期向鹽水溶液中增補鹽量，以維持要求的濃度。

乙二醇

由於鹽水溶液對金屬有強烈的腐蝕作用，所以，一些場合常採用腐蝕性小的有機化合物，如甲醇、乙二醇等。乙二醇有乙烯乙二醇和丙烯乙二醇之分。由於乙烯乙二醇的黏度大大低於丙烯乙二醇，故載冷劑多採用乙烯乙二醇。

乙烯乙二醇濃度的選擇取決於應用的需要。一般而言，以凝固溫度比蒸發溫度低5~6℃確定溶液濃度為宜，濃度過高，不但投資大，而且對其物性也有不利影響。為了防止空調設備在冬季凍結損毀時，採用30%的乙烯乙二醇水溶液足已。

載冷劑的循環是先在蒸發器中被製冷劑冷卻並送至冷卻設備中吸收被冷卻系統的熱量，然後返回蒸發器將吸收的熱量傳遞給製冷劑，同時載冷劑重新被製冷劑冷卻。使用載冷劑能使製冷劑集中在較小的循環系統中，並將冷量輸送給較遠的冷卻設備。使用載冷劑有時還可以解決某些直接冷卻製冷裝置難以解決的問題。使用載冷劑能使某些毒性較大或刺激性氣味較強的製冷劑遠離使用環境，增強製冷系統的安全性。載冷劑是依靠顯熱來運載冷量的，這是與製冷劑依靠汽化潛熱來製冷的最大區別。