在制冷系統(tǒng)中，冷媒(載冷劑)的主要作用是將制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的冷量傳遞給被冷卻介質(zhì)。冷媒在系統(tǒng)中必須保證具有良好的流動(dòng)性和防凍、防結(jié)冰性能，以保證制冷系統(tǒng)正常運(yùn)行。
一、冷媒的特點(diǎn)
理想的冷媒應(yīng)具備的條件如下：
①比熱大。在傳送一定的冷量時(shí)，比熱大的冷媒循環(huán)量小;
②導(dǎo)熱系數(shù)大。導(dǎo)熱系數(shù)大的冷媒在熱交換過(guò)程中傳熱效果好，可以選擇換熱器面積小一些的，節(jié)省設(shè)備投資;
③黏度和密度小。黏度大的冷媒在管道中的流動(dòng)阻力增大，密度大會(huì)使泵的功耗增加;
④冰點(diǎn)低，揮發(fā)性小，冷媒的起始冰點(diǎn)應(yīng)低于蒸發(fā)溫度5～8℃，不致使其結(jié)冰;揮發(fā)性小可減少冷媒的損失，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用;
⑤腐蝕性小。良好的冷媒不應(yīng)腐蝕設(shè)備、管道和閥件;
⑥不燃、無(wú)毒、對(duì)人體無(wú)刺激、化學(xué)性穩(wěn)定等。
二、常用的冷媒及其應(yīng)用
常用的冷媒主要有水、鹽水、空氣、乙二醇、酒精、丙三醇等，近來(lái)又有一種新型冷媒: HLM型防腐冷媒。空氣的比熱很小，所需傳熱面積很大，只有在采用空氣直接冷卻時(shí)才使用，一般常用于家用空調(diào)、冰箱。水的比熱較大，但在0 ℃時(shí)就會(huì)結(jié)冰，限制了它的應(yīng)用，只能用在0 ℃以上的制冷系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用在冷水機(jī)組。
鹽水有氯化鈉水溶液(NaCl)和氯化鈣水溶液(CaCl2 )兩種。鹽水的凝固點(diǎn)隨水中鹽的含量而變化，可通過(guò)鹽水的凝固曲線得到凝固點(diǎn)與鹽水濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但是，鹽水是有共晶點(diǎn)的，低于共晶點(diǎn)時(shí)，濃度越大，凝固點(diǎn)越低;超過(guò)共晶點(diǎn)時(shí)，凝固點(diǎn)隨濃度增大而升高。一般情況下，蒸發(fā)溫度高于- 16℃時(shí)，采用氯化鈉水溶液;蒸發(fā)溫度在-55～-16℃時(shí)，采用氯化鈣水溶液。鹽水溶液的最大缺點(diǎn)是對(duì)金屬有腐蝕作用。采用鹽水溶液作冷媒，必須在鹽水溶液中添加重鉻酸鈉或重鉻酸鉀作緩蝕劑，減輕鹽水溶液對(duì)設(shè)備、管道的腐蝕。
乙二醇水溶液是目前被廣泛使用的一種冷媒，其腐蝕性小，無(wú)色、無(wú)味、無(wú)電解性、無(wú)燃燒性，一般在-70～7℃的制冷系統(tǒng)中使用。但乙二醇溶液使用一段時(shí)間后受到各種細(xì)菌、霉菌的感染，在金屬層形成厚厚的霉菌層，腐蝕金屬，影響換熱;其自身也易被氧化生成酸性物質(zhì)， 加快腐蝕速度，在蒸發(fā)器、換熱器和管線中形成蝕垢，影響機(jī)組的運(yùn)行性能，增加運(yùn)行成本和維修費(fèi)用，減少設(shè)備使用壽命。相對(duì)于鹽水溶液，乙二醇溶液更好。
酒精的凝固點(diǎn)為- 117 ℃，適用于更低的載冷溫度，但酒精具有燃燒性，使用時(shí)需采取防火措施。丙三醇(甘油)是極穩(wěn)定的化合物，其水溶液無(wú)腐蝕性、無(wú)毒，可以和食品直接接觸，但價(jià)格較高。有機(jī)物冷媒的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度(沸點(diǎn))均較低，一般都采用閉式循環(huán)。溫度變化時(shí)，有機(jī)物冷媒體積會(huì)有變化，系統(tǒng)中往往放置膨脹節(jié)或膨脹容器。
HLM型冷媒的冰點(diǎn)溫度可達(dá)到- 100 ℃，主要由緩沖劑、防銹劑、防霉劑、增溶劑、低碳醇組成。HLM型冷媒是無(wú)色或淺色透明液體，純品易燃，稀釋后的水溶液不燃，無(wú)異味。
三、HLM型冷媒(以HLM-2型冷媒為例)與幾種冷媒在相同情況下的物性比較
HLM型冷媒(以HLM-2型冷媒為例)與幾種冷媒在相同情況下的物性比較如表1所示。
四、CaC l2 鹽水溶液與HLM - 2型冷媒的經(jīng)濟(jì)性比較
以平頂山煤業(yè)集團(tuán)開(kāi)封東大有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“開(kāi)封東大公司”)的制冷系統(tǒng)為例， 比較CaCl2水溶液與HLM - 2型冷媒的性能與經(jīng)濟(jì)性。開(kāi)封東大公司制冷系統(tǒng)有3種運(yùn)行工況：
① -10 ℃系統(tǒng)冷媒流量Q 為300 m3 /h， H為25 m，冷媒貯罐V為35m3;
② -20 ℃系統(tǒng)冷媒流量Q 為320 m3 /h，H為34m，冷媒貯罐V為25m3;
③ -35 ℃系統(tǒng)冷媒流量Q為100 m3 /h， H為38 m，冷媒貯罐V為25 m3。
1、CaC l2 水溶液與HLM - 2型冷媒的性能參數(shù)比較
CaCl2 水溶液與HLM - 2型冷媒的性能參數(shù)比較見(jiàn)表2。
通過(guò)比較可以看出，同等條件下HLM - 2型冷媒的比熱、密度、黏度均優(yōu)于CaCl2溶液。
CaCl2總用量12. 8 + 9. 88 + 11. 3 = 33. 98 ( t)，以1 400元/ t計(jì)， 1 400 ×33. 98 =4. 76萬(wàn)(元) ，HLM-2型冷媒總用量9. 8 +11. 75 + 12. 5 =34. 05 ( t)，以5 500元/ t計(jì)， 5 500 ×34. 05 = 18. 73萬(wàn)(元) ，使用HLM - 2 型冷媒比用CaCl2 溶液投資增加了13. 97萬(wàn)元。
2、運(yùn)行費(fèi)用比較
以選用IS型離心泵為例計(jì)算。使用CaCl2 溶液時(shí)， - 10 ℃系統(tǒng)選用IS200 - 150 - 315B， 電機(jī)功率37 kW - 4P; - 20 ℃系統(tǒng)選用IS200 - 150 -400B，電機(jī)功率55 kW - 4P; - 35 ℃系統(tǒng)選用IS100- 65 - 200，電機(jī)功率22 kW - 2P。選用HLM-2型冷媒時(shí)， -10 ℃系統(tǒng)選用IS200 -150 -250，電機(jī)功率30kW - 4P;-20 ℃系統(tǒng)選用IS200 - 150 - 315A，電機(jī)功率45kW - 4P; - 35 ℃系統(tǒng)選用IS125 - 100 - 315，電機(jī)功率15 kW - 4P。
3種工況泵運(yùn)行配電功率相差( 37 + 55 +22) -(30 + 45 + 15) = 24 ( kW ) ， 1 年運(yùn)行費(fèi)用相差24 kW ×8 000 h / a ×0. 9 ×0. 5 元/ ( kW ·h) =8. 64萬(wàn)(元)。
通過(guò)計(jì)算對(duì)比可以看出，雖然使用HLM-2型冷媒初次投資增加了近14萬(wàn)元，但使用HLM - 2型冷媒每年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用6萬(wàn)元。在年之內(nèi)可收回多投入的資金;而且，采用LM 型冷媒對(duì)設(shè)備管道無(wú)腐蝕， 無(wú)污垢， 換熱效果較好。使用CaCl2 溶液對(duì)系統(tǒng)腐蝕比較嚴(yán)重，運(yùn)行一段時(shí)間后影響換熱效果，維修費(fèi)用高，設(shè)備的使用壽命短。
HLM-2 型冷媒是新一代載冷劑，是CaCl2 溶液、乙二醇、酒精等冷媒的替代產(chǎn)品，其性能也較優(yōu)越，值得在制冷系統(tǒng)中推廣。但是應(yīng)注意冷媒泄漏時(shí)對(duì)生產(chǎn)物料的性能影響，若HLM型冷媒與生產(chǎn)物料發(fā)生反應(yīng)會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)慎用。
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