РАБОЧАЯ СМЕСЬ ДЛЯ РЕФРИЖЕРАТОРНЫХ СИСТЕМ Российский патент 1998 года по МПК C09K5/04 

Изобретение относится к составу рабочей смеси для рефрижераторной системы (РС) и предназначено для использования как в малых холодильных установках, так и в крупных торгово-промышленных рефрижераторных системах.

Известен трехкомпонентный хладагент для парокомпрессионных рефрижераторов, включающий озонобезопасные компоненты следующего состава: хлордифторметан (R22) или пентафторэтан (R125), R125 или октафторпропан (R218), пропан (R290) [1].

Основным недостатком известного хладагента являются повышенные абсолютные значения давления прямого и обратного потоков, что делает невозможным его непосредственное использование в существующих РС. Кроме того, компонент R22 имеет относительно высокий потенциал воздействия на озоновый слой и согласно международным соглашениям его производство и применение должно быть ограничено.

Известны также азеотропные 1,1,2,2-тетрафторэтана (R134) для использования, в частности, в качестве хладагентов, включающие н-бутан или изобутан со следующим мольным составом: R134 (74%) - н-бутан (26%) или R134 (66%) - изобутан (34%) [2].

Недостатками известной смеси являются, во-первых, ее воспламеняемость в воздухе, во-вторых, относительно низкая объемная холодопроизводительность, в-третьих нормальная температура кипения, вследствие чего в испарителе РС при температурах ниже 250 К образуется вакуум.

Известны помимо этого двух- и трехкомпонентные смеси хладагентов на основе изомера R134a (1,1,1,2-тетрафторэтан) и галоидоуглеводородных компонентов (R124, R142b, R152a) при различном мольном составе [3]. Однако и данным составам присущи упомянутые выше недостатки.

Наиболее близкими по компонентному составу, термодинамическим свойствам и достигаемой энергетической эффективности к предлагаемой являются азеотропные смеси для использования в качестве хладогентов, включающие 1,2,2,2-тетрафторэтан (R134a), октафторпропан (R218), бутан, изобутан, хлордифторметан (R22) и/или пентафторэтан (R125) различного состава [4].

Недостатками этих смесей являются также относительно низкая удельная холодопроизводительность, относительно высокая нормальная температура кипения, повышенное воздействие на озоновый слой в случае присутствия хлорсодержащих компонентов.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении удельной холодопроизводительности рабочей смеси, обеспечении ее пожаробезопасности и понижении нормальной температуры кипения в испарителе РС ниже 250 К.

Поставленная цель достигается тем, что в известном хладагенте, содержащем 1,2,2,2-тетрафторэтан (R134a), октафторпропан (R218) и низший алкан, в качестве низшего алкана использованы индивидуальные вещества - пропан, бутан или пентан, либо бинарные смеси н-бутана и изобутана или н-пентана и изопентана при следующем соотношении компонентов, мол.%: 1,2,2,2-тетрафторэтан (R134a) - 5-90, низший алкан - 5-20, октафторпропан (R218) - остальное.

Рабочие смеси в соответствии с изобретением можно приготовить следующим образом.

Пример 1. Каждый компонент смеси хранят в отдельном баллоне. Поочередно каждый из баллонов подсоединяют к стенду, и в общий ресивер выпускают такое количество компонента, масса которого соответствует заданному количеству этого компонента в мольных процентах в рабочей смеси, т.е. смесь готовят весовым способом.

Вначале в ресивер выпускают высококипящий компонент, у которого давление насыщения при данной температуре наименьшее, а именно, низший алкан. Затем добавляют компоненты с более низкой нормальной температурой кипения (Тн.к) и соответственно более высоким давлением паров - R134a (Тн.к.=247.0 К) и R218 (Тн.к.=236.5 К).

Пример 2. В случае, когда в качестве низшего алкана используют пропан (Тн. к.=231.1 К) рабочую смесь готовят весовым способом, указанным в примере 1, однако первым в общий ресивер заправляют R134a, затем R218 и последним пропан.

Минимальное содержание низшего алкана определяется из условия растворимости рабочей смеси в компрессорном масле. Содержание низшего алкана в смеси более 5% обеспечивает неограниченную растворимость хладагента, что в свою очередь способствует бесприпятственной циркуляции масла без его накопления в элементах системы и удовлетворительной смазке компрессора. Это приводит к увеличению ресурса работы РС в целом.

Максимальное содержание низшего алкана (20%) определяется условием пожарной безопасности рабочей смеси. Для обеспечения невоспламеняемости такая смесь должна включать не менее 70% R218 и соответственно не более 10% R134a. Компоненты R134a и R218 являются негорючими и препятствуют процессу горения низшего алкана в воздухе. Содержание компонентов и углеводорода не может быть выбрано произвольно. Состав трехкомпонентной смеси определяется областью допустимых концентраций, при которых смесь является негорючей (см. чертеж). В табл. 1 даны примеры негорючих составов предлагаемой рабочей смеси, включая предельно возможные.

В случае когда в качестве низшего алкана используется бинарная смесь углеводородов, взаимное содержание компонентов в ней может быть любым. Однако общее число молей углеводородных компонентов должно соответствовать молярному составу низшего алкана в рабочей смеси.

Использование в рабочей смеси R134a и R218, имеющих нормальную температуру кипения более низкую, чем R134 (табл. 2), позволяет понизить температуру кипения рабочей смеси ниже 250 К и при этом избежать вакуума в испарительной системе.

Кроме того, увеличивается удельная объемная холодопроизводительность смеси при неизменном оборудовании. В табл. 3 приведены сравнительные характеристики одноступенчатой РС без регенерации, работающей на традиционном хладагенте R12, смеси R134-бутан и предлагаемой рабочей смеси, когда в качестве низшего алкана используется бутан или смеси н-бутана-изобутана и н-пентана-изопентана. Характеристики приведены для условий работы малых рефрижераторов: температура конденсации Т_к=303 К (30^oC), температура кипения Т_и= 250 К (-23^oC).

В табл. 4 приведены аналогичные характеристики для теоретического цикла одноступенчатой парожидкостной РС с регенерацией. Степень регенерации принималась равной 15 К.

Из таблиц видно, что предлагаемая рабочая смесь обладает большей по сравнению с ближайшим аналогом объемной холодопроизводительностью при том же перепаде давлений в РС.

Использование: для рефрижераторных систем. Сущность изобретения: озонобезопасная рабочая смесь для рефрижераторных систем содержит компоненты при соотношении, мол.%: 1, 2, 2, 2, - тетрафторэтан (R134а) - 5-90, низший алкан -5-20, октафторпропан (R218) - остальное; в качестве низшего алкана использованы бинарные смеси н-бутана и изобутана либо н-пентана и изопентана либо индивидуальные вещества - пропан, бутан или пентан. 1 з.п. ф-лы, 4 табл. 1 ил.

1. Рабочая смесь для рефрижераторных систем, содержащая 1,2,2,2-тетрафторэтан, октафторпропан и низший алкан, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующих соотношениях, мол.%:
1,2,2,2-Тетрафторэтан (R134a) - 5 - 90
Низший алкан - 5 - 20
Октафторпропан (R218) - Остальное
2. Смесь по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве низшего алкана она содержит пропан, бутан, пентан, смесь н-бутана и изобутана или смесь н-пентана и изопентата.