КОМПОЗИЦИЯ ХЛАДАГЕНТА Российский патент 2010 года по МПК C09K5/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к композиции хладагента, содержащей диметиловый эфир и диоксид углерода, которая применяется в системах горячего водоснабжения с тепловым насосом.

Уровень техники изобретения

Диоксид углерода характеризуется нулевой озоноразрушающей способностью, потенциалом глобального потепления, в точности равным 1, а также отсутствием токсичности и воспламеняемости, безопасностью, низкой стоимостью и низкой критической температурой 31,1°С. В системе кондиционирования воздуха и системе горячего водоснабжения нагревание может быть проведено даже при небольшом различии температур между хладагентом и охлаждаемой жидкостью благодаря легкому достижению критической точки на стороне высокого давления цикла. В результате в процессе нагревания с большим диапазоном нагрева, как, например, в системе горячего водоснабжения, в настоящее время в качестве хладагента в водонагревателях с тепловым насосом широко используется диоксид углерода под названием “ecocute”, т.к. может быть получено высокое значение коэффициента эффективности; ожидается высокая нагревательная способность в единицах вводимого объема на единицу объема компрессора; и может быть получена высокая термическая проводимость.

Однако, поскольку рабочее давление хладагента из диоксида углерода имеет довольно высокое значение, приблизительно 10 МПа, по сравнению с другими хладагентами и в результате все без исключения части системы должны соответствовать техническим условиям работы при высоком давлении, развитие поэлементной технологии цикла системы с приемлемыми ценами остается серьезной проблемой.

Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является обеспечение безопасной нетоксичной композиции хладагентов для системы горячего водоснабжения/отопления как альтернативы сверхкритическому хладагенту диоксиду углерода. Такая композиция хладагента имеет малый риск в плане озоноразрушающей способности, малым вредным воздействием в отношении глобального потепления, демонстрирует невоспламеняемость или огнезащитные свойства, демонстрирует прекрасные эксплуатационные характеристики при работе при пониженных давлениях.

Диоксид углерода имеет критическую температуру 31,1°С и температуру кипения 56,6°С, в то время как диметиловый эфир имеет критическую температуру 126,85°С и температуру кипения -25°С, что показывает большое отличие между ними в этих физических свойствах. Поэтому диоксид углерода применяется в качестве хладагента в области очень высоких давлений в интервале от низкого давления при приблизительно 3 МПа до высокого давления приблизительно 10 МПа, в то время как диметиловый эфир применяется в качестве хладагента в области сравнительно низких давлений в интервале от низкого давления при приблизительно 0,7 МПа до высокого давления приблизительно 2 МПа, и известно, что проявляет лучшие рабочие характеристики в качестве хладагента при таких давлениях. Следовательно, хотя диоксид углерода и диметиловый эфир применяются сами по себе в качестве хладагентов, идея попытаться применить в качестве хладагента смесь диоксида углерода и диметилового эфира, имеющих совершенно различные свойства, не осуществлена или не проверена.

В противоположность этому изобретатели настоящего изобретения попытались выполнить оценочное испытание и макроскопический тест на растворимость диоксида углерода в диметиловом эфире и подтвердили, что хотя величина переноса массы (растворенного количества) в равновесии газ-жидкость изменяется в зависимости от условий температуры и давления, диоксид углерода хорошо растворяется и диффундирует в диметиловый эфир. Изобретатели настоящего изобретения рассмотрели вероятность получения физических свойств, показывающих чрезвычайно высокий тепловой КПД смешиванием диоксида углерода, который имеет физически высокий коэффициент теплопередачи (0,02 Вт/мK) и диметилового эфира, который имеет более высокую удельную теплоемкость (138 Дж/мольК), продолжили развитие и моделирование и нашли, что смесь диметилового эфира и диоксида углерода была хладагентом для нагревания/системы горячего водоснабжения, которая могла бы работать при низком давлении, показывая при этом прекрасный коэффициент эффективности, представили полное изобретение.

  Диоксид углерода Диметиловый эфир Удельная теплоемкость (Дж/мольК) 30-40 138 Термическая проводимость (Вт/мK) 0,02 0,013

Настоящее изобретение относится к композиции хладагента для системы горячего водоснабжения/нагревания, включающей от 1 до 10 мол.% диметилового эфира и от 99 до 90 мол.% диоксида углерода от общего количества молей диметилового эфира и диоксида углерода.

Как объяснялось выше, смесь диметилового эфира и диоксида углерода из настоящего изобретения является хладагентом, который обеспечивает превосходное нагревание и горячее водоснабжение, не разрушает озоновый слой, имеет почти нулевой потенциал глобального потепления (ПГП), безопасен и нетоксичен, работает при низком давлении, демонстрируя прекрасные эксплуатационные характеристики.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - план-диаграмма системы горячего водоснабжения; и

Фиг.2 - ДМЭ CO₂ графическая схема программы расчета.

Наилучший способ выполнения изобретения

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут подробно объяснены ниже.

Диметиловый эфир, применяемый в композиции хладагента настоящего изобретения, может быть получен синтезом диметилового эфира непосредственно из водорода и оксида углерода (II) или косвенно из водорода и оксида углерода (II) через синтез метанола с применением исходных веществ из продуктов газификации каменного угля, пара, выделяющегося при кипении из резервуара СПГ (сжиженного природного газа), природных газов, побочных газообразных продуктов сталелитейного завода, нефтяных остатков, отходов производства и биогазов.

Диоксид углерода, применяемый в композиции хладагента настоящего изобретения, может быть получен сжатием, сжижением и очисткой аммонийного синтез-газа и побочного газа как исходного материала, вырабатываемого на заводе получения водорода для десульфуризации жидкого топлива.

Соотношение компонентов в смеси диметилового эфира и диоксида углерода в композиции хладагента настоящего изобретения приблизительно определяется в зависимости от типов системы горячего водоснабжения/отопления, в которых применяется хладагент. Композиция хладагента настоящего изобретения содержит по отношению к общему количеству в молях диметилового эфира и диоксида углерода, предпочтительно от 1 до 10 мол.% диметилового эфира и от 99 до 90 мол.% диоксида углерода, более предпочтительно от 3 до 8 мол.% диметилового эфира и от 97 до 92 мол.% диоксида углерода. Если содержание диметилового эфира меньше, чем 1 мол.%, коэффициент эффективности, описанный ниже, уменьшается и это не является предпочтительным, поскольку эффект добавления диметилового эфира не проявляется. С другой стороны, если содержание диметилового эфира меньше, чем 10 мол.%, то поскольку композиция хладагента выходит из области невоспламеняемости, это является неблагоприятным по причине безопасности, когда требуется особенно высокий стандарт безопасности (например, непосредственная утечка из системы, в которой хладагент, заполняющий агрегат, существует в комнате или применяется в месте, таком как комната, где пространство является герметичным).

Соотношение компонентов в композиции хладагента настоящего изобретения может быть получено, например, заполнением предварительно определенным количеством жидкого диметилового эфира сосуда из резервуара, заполненного жидким диметиловым эфиром, с последующим добавлением туда предварительно определенного количества жидкого диоксида углерода из резервуара, заполненного жидким диоксидом углерода. Далее после заполнения сосуда предварительно определенным количеством жидкого диметилового эфира, композиция хладагента настоящего изобретения может быть приготовлена так, что диоксид углерода добавляется в газовую фазу части сосуда и растворяется, и смешивается под давлением с диметиловым эфиром.

В композицию хладагента настоящего изобретения в виде дополнительной добавки может быть добавлена вода. Поскольку в диметиловом эфире при давлении 1 атм и 18°С может раствориться приблизительно 7 мол.% воды, и вода характеризуется более высокой скрытой теплотой парообразования (конденсации), а также скрытая теплота парообразования медленно меняется при изменении температуры вследствие высокой критической температуры, то в результате большая теплота парообразования может быть получена даже в области высоких температур. Следовательно, согласно оценкам, смешивая три компонента, можно получить еще более высокого коэффициента эффективности, то есть диоксид углерода, имеющий эффект сухого тепла, и диметиловый эфир, и воду, имеющие высокую скрытую теплоту парообразования.

В данном случае соотношение смешивания воды не превышает 7 мол.% по отношению к растворимости диметилового эфира.

Способ оценки параметров хладагента

Система горячего водоснабжения

Система горячего водоснабжения, как правило, состоит из компрессора, конденсатора, расширителя и испарителя как показано на Фиг.1, и горячая вода для горячего водоснабжения образуется в результате теплообмена между имеющим высокую температуру хладагентом из компрессора и холодной водой из конденсатора. Рабочее давление со стороны конденсатора становится сверхкритическим (критическое давление CO₂: 7,4 МПа) при высоком давлении, составляющем 9 МПа или выше в цикле горячего водоснабжения с хладагентом на основе CO_2, рабочее давление испарителя на стороне низкого давления соответствует переходному критическому циклу 3 МПа или выше.

Моделирование работы системы горячего водоснабжения с хладагентом на основе CO ₂ /ДМЭ

Для того чтобы оценить работу системы горячего водоснабжения с хладагентом на основе CO₂/ДМЭ, численная модель стандартного цикла для системы горячего водоснабжения приведена на Фиг.1, и с помощью универсальной системы численного моделирования химических процессов можно проанализировать и оценить работу системы горячего водоснабжения с хладагентом на основе CO₂/ДМЭ известным способом (например, см. Miyara et al. “Effect of heat transfer characteristics of heat exchanger on non-azeotropic mixture refrigerant heat pump cycle”. Transactions of the Japanese Association of Refrigeration, 7(1): 65-73, 1990). Универсальная система численного моделирования химических процессов содержит базу данных по термодинамическим свойствам различных компонентов, и равновесные термодинамические расчеты взаимодействий химических компонентов, соответствующих действию различных систем в машиностроении, могут быть произведены.

В численном моделировании система циркуляции хладагента, состоящая из компрессора, детандера и испарителя, представлена численно и действие системы горячего водоснабжения оценено коэффициентом эффективности (COP) с помощью таких параметров, как выходное давление компрессора (P1), температура на выходе из конденсатора (T2), температура испарителя (T3) и молярная концентрация диметилового эфира/CO₂.

Коэффициент эффективности = общее количество использованного тепла хладагента в конденсаторе: величина мощности компрессора.

Настоящее изобретение с высокой точностью оценено предпочтительно с помощью приближенного уравнения для расчета термодинамических физических величин хладагента на основе модели регулярных растворов в части, касающейся растворения, и уравнения состояния SRK (Soave-Redlich-Kwong) в части, касающейся уравнения состояния, соответственно.

Композиция хладагента настоящего изобретения принципиально может быть использована непосредственно в обычной системе горячего водоснабжения с тепловым насосом с хладагентом на основе диоксида углерода, известной как ecocute. Однако, рассматривая физические свойства хладагента настоящего изобретения, в плане механики конденсатор, поршень и т.д. могут быть улучшены и сконструированы в согласии с композицией хладагента настоящего изобретения.

Примеры

Настоящее изобретение будет подробно описано примерами, приведенными ниже, однако настоящее изобретение не ограничивается этими примерами.

Испытание на растворимость диметилового эфира/диоксида углерода

Для того чтобы узнать растворимость смеси диметилового эфира (ДМЭ) и диоксида углерода (СО₂) и для того, чтобы получить коэффициент эффективности смешанного хладагента в системе горячего водоснабжения, описанной ниже, было проведено испытание на растворимость ДМЭ/СО₂. Способ тестирования представляет собой следующее.

(1) 300 г диметилового эфира инкапсулировали и герметично закрывали в сосуде давления объемом 500 мл и измеряли вес герметично закрытого сосуда на электронных весах.

(2) Сосуд давления помещали в ванну с постоянной температурой и выдерживали при постоянной температуре.

(3) Вводили диоксид углерода, применяя подкачивающий насос, до тех пор, пока не установится постоянное давление.

(4) Вес заполненного диоксида углерода рассчитывали взвешиванием до и после заполнения (d=0,1 г).

При заполнении сосуд давления встряхивали вверх и вниз для того, чтобы ДМЭ/СО₂ полностью перемешались, испытание проводили после установки вертикально.

Полученные результаты представлены в таблице 1. Как показано в таблице 1, величины К-объема СО₂ и ДМЭ находятся в интервале 0,66<КДМЭ<0,80 и 2,59<КСО₂<3,42 при измеряемых условиях соответственно, и показано, что диоксид углерода хорошо растворяется в ДМЭ.

Таблица 1 Образец А В С D Давление системы 10,0 10,0 10,0 1,0 Температура системы (°С) 10 20 30 40 ZCO₂ (г-моль) 1,682 1,500 0,977 1,045 ZДМЭ(г-моль) 6,522 6,522 6,522 6,522 V(г-моль) 1,177 1,378 2,090 0,661 L(г-моль) 7,027 6,634 5,409 6,906 YCO₂ (мол.%) 43,2 42,9 26,3 39,0 XCO₂ (мол.%) 16,7 13,7 7,9 11,4 KCO₂(-) 2,59 3,13 3,33 3,42 YДМЭ(мол.%) 56,8 57,1 73,7 61,0 XДМЭ(мол.%) 83,7 86,3 92,1 88,6 КДМЭ 0,68 0,66 0,80 0,69

ZCO₂ = V×YCO₂ + L×CO₂

ZCO₂ + ZДМЭ = V + L

KCO₂ = YCO₂/XCO₂

KДМЭ = YДМЭ/XДМЭ

Коэффициент эффективности (COP) смешанного хладагента из диметилового эфира и диоксида углерода в системе горячего водоснабжения, показанной на Фиг.1, рассчитывается. Моделирование с помощью системы моделирования химических систем для численных процессов осуществляли в следующей последовательности операций.

Методика моделирования

Параметры состояния потока от (1) до (4) (объем, энтальпия, энтропия и т.д.) в системе горячего водоснабжения на Фиг.1 определяли численным моделированием для того, чтобы получить коэффициент эффективности (COP) из следующего уравнения:

COP = H1/H2,

H1 - общее количество тепла хладагента, выработанного в конденсаторе (общее количества тепла, поглощенного хладагентом в испарителе + величина мощности компрессора);

H2 - величина мощности компрессора от (4) к (1).

Устанавливали следующие условия.

(1) ДМЭ/СО₂ смешанный хладагент

Для того чтобы оценить способность смешанного хладагента ДМЭ/СО₂ обеспечивать горячее водоснабжение, давление на выходе из компрессора (выходное давление) P1, температуру на выходе из компрессора (выходную температуру) P2, давление в испарителе P3 и отношение концентраций компонентов смеси ДМЭ/СО₂ в смеси использовали в качестве изменяемых параметров для расчета. Температуру хладагента на выходе из конденсатора здесь устанавливали равной 15°С.

P1 = от 9,16 МПа до 6,31 МПа,

P3 = от 2,90 МПа до 2,55 МПа,

Выходная температура = 130°С, 120°С, 100°С,

Отношение концентраций компонентов смеси ДМЭ/СО₂ = 3/97, 4/96, 5/95, 6/64 (молярное соотношение).

(2) Однокомпонентный хладагент из СО₂

Для однокомпонентного хладагента из СО₂ моделирование проводили, используя давление на выходе из компрессора P1, выходную температуру и давление в испарителе P3 в качестве изменяемых параметров. Температуру хладагента на выходе из конденсатора здесь устанавливали равной 15°С.

P1 = от 10 МПа до 8 МПа

P3 = от 3,18 МПа до 2,97 МПа

Оценка физических параметров равновесия жидкость-газ для смешанной системы ДМЭ/СО ₂

В исследовании методом численного моделирования точность модели, применяемой для расчета физических параметров, является важным фактором, и тестовую проверку проводили следующим образом.

В общем виде соотношение, описывающее равновесие жидкость-газ, выражается следующим уравнением:

ϕ_i - коэффициент летучести газовой фазы;

P - давление в системе;

y_i - мольная доля газовой фазы;

f_i ⁽⁰⁾ - стандартная летучесть жидкой фазы;

γ_i ⁽⁰⁾ - коэффициент активности жидкой фазы;

x_i - мольная доля жидкой фазы;

exp∫₀ ^P-LV_i/RT_dp - фактор Пойнтинга.

Будут рассмотрены следующие три пункта.

(1) Модель для расчета γ_i ⁽⁰⁾ ДМЭ.

(2) Степень относительной испаряемости ДМЭ/СО₂.

(3) Модели для энтальпии и энтропии.

Хотя ДМЭ представляет собой кислородсодержащее соединение низкой молекулярной массы, из того, что температура кипения соответствующего вещества, этанола, составляет 78°С, тогда как для ДМЭ она равна -25°С, понятно, что он не отличается сильной полярностью в сравнении со спиртовой, альдегидной и кетонной группами. Следовательно, модель регулярных растворов может быть применена для γ_i ⁽⁰⁾ ДМЭ.

Как получено на основе данных теста на растворимость ДМЭ/СО₂ (Таблица 1), значения K-объема ДМЭ и СО₂ находятся в диапазоне 0,66<KDME<0,80 и 2,59< KСО₂<3,42 соответственно, что указывает на отсутствие большой разницы в испаряемости между ДМЭ и СО₂. Следовательно, для f_i ⁽⁰⁾ можно применять модель давления пара.

Поскольку оценочно максимальное давление, применимое в системе ДМЭ+СО₂, составляет 10 МПа, для расчета энтальпии и энтропии вполне подходит уравнение SRK (Soave-Redlich-Kwong).

γ_i ⁽⁰⁾ - Модель регулярных растворов;

f_i ⁽⁰⁾ - Модель давления пара;

ϕi, H, S - Уравнение состояния SRK;

Фактор Пойнтинга: Рассмотрен.

Когда давление в системе становится до известной степени высоким (несколько МПа), фактором Пойнтинга нельзя пренебречь, следовательно, это также учитывается.

Программа

Применяли две следующих программы, A и B.

(1) ДМЭ СО₂ A

Быстрые вычисления при заданном составе, T (температура) и P (давление).

Температуру начала кипения вычисляли при заданном составе и P1 (давлении на выходе из компрессора).

Согласно этому условию можно видеть подтверждение точности модели, использованной для оценки физических параметров равновесия жидкость-газ, и будет ли принята во внимание общая конденсация в конденсаторе.

(2) ДМЭ СО₂ B

С помощью описанной выше модели COP одного диоксида углерода и хладагента, содержащего диметиловый эфир и диоксид углерода, получали следующим образом.

Моделирование эффективности смешанного хладагента из диметилового эфира/диоксида углерода в системе горячего водоснабжения.

Для того чтобы оценить эффективность смешанного хладагента из диметилового эфира/диоксида углерода в системе горячего водоснабжения, проводили моделирование с помощью давления на выходе компрессора, температуры на выходе, давления в испарителе и отношения концентраций ДМЭ/СО₂ в качестве изменяемых параметров для расчета при описанных выше условиях. Здесь и ниже показаны результаты моделирования свойств для каждого отношения концентраций ДМЭ/СО₂ (мол.%). В следующей таблице «входные/выходные» температуры испарения хладагента показывают температуры хладагента на входе и на выходе из испарителя.

Здесь в Таблицах от 2-1 до 2-5 показаны результаты моделирования при температуре на выходе 130°С, в Таблицах от 3-1 до 3-5 показаны результаты моделирования при температуре на выходе 120°С и в Таблицах от 4-1 до 4-5 показаны результаты моделирования при температуре на выходе 100°С.

Таблица 2-1
Однокомпонентный хладагент из CO₂ (температура на выходе 130°С) Давление на выходе (МПа) Температура
на выходе (°С) Общее количество поглощенной в испарителе теплоты
(ккал/ч) Величина мощности компрессора (ккал/ч) Давление испарения (МПа) Температура испарения (°С)
входная/
выходная COP 10 130,2 224290 104310 3,08 -0,1/-0,1 3,15 10 129,8 224240 103910 3,09 0,0/0,0 3,16

Таблица 2-2
ДМЭ/СО₂ = 3/97 (мол.%) (температура на выходе 130°С) Давление на выходе (МПа) Температура на выходе (°С) Общее количество поглощенной в испарителе теплоты
(ккал/ч) Величина мощности компрессора (ккал/ч) Давление испарения (МПа) Температура испарения (°С) входная/
выходная COP 9,10 129,3 223580 105470 2,8 -6,5/0,2 3,21 9,13 129,7 233650 105840 2,8 -6,5/0,2 3,21 9,16 130,0 233710 106190 2,8 -6,5/0,2 3,20

Таблица 2-3
ДМЭ/СО₂ = 4/96 (мол.%) (температура на выходе 130°С) Давление на выходе (МПа) Температура на выходе (°С) Общее количество поглощенной в испарителе теплоты
(ккал/ч) Величина мощности компрессора (ккал/ч) Давление испарения (МПа) Температура испарения (°С) входная/
выходная COP 9,00 132,0 238520 107490 2,75 -6,6/2,1 3,22 9,00 130,3 238330 105320 2,80 -6,0/2,6 3,26 9,00 128,7 238130 103200 2,85 -5,3/3,2 3,31 9,00 127,2 237920 101280 2,90 -4,7/3,8 3,35

Таблица 2-4
ДМЭ/СО₂ = 5/95 (мол.%) (температура на выходе 130°С) Давление на выходе (МПа) Температура на выходе (°С) Общее количество поглощенной в испарителе теплоты
(ккал/ч) Величина мощности компрессора (ккал/ч) Давление испарения (МПа) Температура испарения (°С) входная/
выходная COP 8,48 130,3 242550 106150 2,65 -7,4/3,1 3,28 8,46 130,0 242500 105880 2,65 -7,4/3,1 3,29 8,44 129,7 242460 105610 2,65 -7,4/3,1 3,30

Таблица 2-5
ДМЭ/СО₂ = 6/94 (мол.%) (температура на выходе 130°С) Давление на выходе (МПа) Температура на выходе (°С) Общее количество поглощенной в испарителе теплоты
(ккал/ч) Величина мощности компрессора (ккал/ч) Давление испарения (МПа) Температура испарения (°С) входная/
выходная COP 8,05 129,4 246560 105690 2,55 -8,2/4,1 3,33 8,07 129,7 246600 105970 2,55 -8,2/4,1 3,33 8,10 130,2 246660 106400 2,55 -8,2/4,1 3,32 8,06 129,6 246580 105830 2,55 -8,2/4,1 3,33

Таблица 3-1
Однокомпонентный хладагент из CO₂ (температура на выходе 120°С) Давление на выходе (МПа) Температура на выходе (°С) Общее количество поглощенной в испарителе теплоты
(ккал/ч) Величина мощности компрессора (ккал/ч) Давление испарения (МПа) Температура испарения (°С) входная/
выходная COP 9,00 119,9 222310 96214 2,99 -1,0/-1,0 3,31 9,00 120,2 222360 96609 2,98 -1,2/-1,2 3,30 9,00 120,5 222410 97006 2,97 -1,3/-1,3 3,29

Таблица 3-2
ДМЭ/СО₂ = 3/97 (мол.%) (температура на выходе 120°С) Давление на выходе (МПа) Температура на выходе (°С) Общее количество поглощенной в испарителе теплоты
(ккал/ч) Величина мощности компрессора (ккал/ч) Давление испарения (МПа) Температура испарения (°С) входная/
выходная COP 8,45 120,2 232090 97315 2,80 -6,5/0,2 3,38 8,43 119,9 232040 97053 2,80 -6,5/0,2 3,39 8,40 119,5 231960 96660 2,80 -6,5/0,2 3,40

Таблица 3-3
ДМЭ/СО₂ = 4/96 (мол.%) (температура на выходе 120°С) Давление на выходе (МПа) Температура на выходе (°С) Общее количество поглощенной в испарителе теплоты
(ккал/ч) Величина мощности компрессора (ккал/ч) Давление испарения (МПа) Температура испарения (°С) входная/
выходная COP 8,00 120,0 236490 97437 2,68 -7,5/1,2 3,43 8,00 120,3 236530 97872 2,67 -7,6/1,1 3,42 8,00 119,7 236460 97003 2,69 -7,4/1,3 3,44 8,00 120,7 236560 98311 2,66 -7,8/1,0 3,41

Таблица 3-4
ДМЭ/СО₂ = 5/95 (мол.%) (температура на выходе 120°С) Давление на выходе (МПа) Температура на выходе (°С) Общее количество поглощенной в испарителе теплоты
(ккал/ч) Величина мощности компрессора (ккал/ч) Давление испарения (МПа) Температура испарения (°С) входная/
выходная COP 7,75 119,4 240870 96156 2,65 -7,4/3,1 3,51 7,80 120,2 241000 96869 2,65 -7,4/3,1 3,49 7,85 121,0 241120 97579 2,65 -7,4/3,1 3,47

Таблица 3-5
ДМЭ/СО₂ = 6/94 (мол.%) (температура на выходе 120°С) Давление на выходе (МПа) Температура на выходе (°С) Общее количество поглощенной в испарителе теплоты
(ккал/ч) Величина мощности компрессора (ккал/ч) Давление испарения (МПа) Температура испарения (°С) входная/
выходная COP 7,47 120,4 245220 97361 2,55 -8,2/4,1 3,52 7,47 120,4 245210 97287 2,55 -8,2/4,1 3,52 7,46 120,3 245200 97212 2,55 -8,2/4,1 3,52

Таблица 4-1
Однокомпонентный хладагент из CO₂ (температура на выходе 100°С) Давление на выходе (МПа) Температура на выходе (°С) Общее количество поглощенной в испарителе теплоты
(ккал/ч) Величина мощности компрессора (ккал/ч) Давление испарения (МПа) Температура испарения (°С) входная/
выходная COP 8,00 99,8 218430 76756 3,18 1,0/1,0 3,85 8,00 100,3 218530 77446 3,16 0,8/0,8 3,82 8,00 100,9 218640 78143 3,14 0,6/0,6 3,80

Таблица 4-2
ДМЭ/СО₂ = 3/97 (мол.%) (температура на выходе 100°С) Давление на выходе (МПа) Температура на выходе (°С) Общее количество поглощенной в испарителе теплоты
(ккал/ч) Величина мощности компрессора (ккал/ч) Давление испарения (МПа) Температура испарения (°С) входная/
выходная COP 7,13 99,7 228450 79250 2,80 -6,5/0,2 3,88 7,15 100,1 228510 79537 2,80 -6,5/0,2 3,87

Таблица 4-3
ДМЭ/СО₂ = 4/96 (мол.%) (температура на выходе 100°С) Давление на выходе (МПа) Температура на выходе (°С) Общее количество поглощенной в испарителе теплоты
(ккал/ч) Величина мощности компрессора (ккал/ч) Давление испарения (МПа) Температура испарения (°С) входная/
выходная COP 7,00 100,0 233330 78249 2,80 -5,9/2,6 3,98 7,00 98,5 233130 76333 2,85 -5,3/3,2 4,05 7,00 97,6 233010 75205 2,88 -4,9/3,6 4,10 7,00 97,0 232920 74462 2,90 -4,7/3,8 4,13

Таблица 4-4
ДМЭ/СО₂ = 5/95 (мол.%) (температура на выходе 100°С) Давление на выходе (МПа) Температура на выходе (°С) Общее количество поглощенной в испарителе теплоты
(ккал/ч) Величина мощности компрессора (ккал/ч) Давление испарения (МПа) Температура испарения (°С) входная/
выходная COP 6,60 100,1 237740 78958 2,65 -7,3/3,1 4,01 6,55 99,2 237590 78173 2,65 -7,3/3,1 4,04 6,57 99,6 237650 78487 2,65 -7,3/3,1 4,03 6,54 99,1 237560 78015 2,65 -7,3/3,1 4,05

Таблица 4-5
ДМЭ/СО₂ = 6/94 (мол.%) (температура на выходе 100°С) Давление на выходе (МПа) Температура на выходе (°С) Общее количество поглощенной в испарителе теплоты
(ккал/ч) Величина мощности компрессора (ккал/ч) Давление испарения (МПа) Температура испарения (°С) входная/
выходная COP 6,34 100,8 242180 79676 2,55 -8,1/4,1 4,04 6,33 100,6 242150 79512 2,55 -8,1/4,1 4,05 6,31 100,2 242090 79183 2,55 -8,1/4,1 4,06

Из Таблиц от 2-1 до 4-5 очевидно, что одна и та же температура на выходе получается при том, что содержание ДМЭ в смеси повышается, давление на выходе возрастает, интервал между точкой конденсации и точкой кипения в двухслойной области, которая соответствует процессу испарения на диаграмме Молье, становится шире, и COP становится выше. То есть в сравнении с однокомпонентным хладагентом из диоксида углерода, более высокая температура на выходе получается при более низком давлении на выходе, что приводит к большему количеству теплоты, выработанной в конденсаторе.

Из приведенных выше результатов в системе, работающей при температуре на выходе из конденсатора, равной 15°С или ниже, композиция хладагента настоящего изобретения может найти применение в домашних системах горячего водоснабжения/отопления, в хладагентах для промышленных аппаратов кондиционирования воздуха (тепловых насосов) и холодильных машин, в хладагентах для тепловых насосов, использующих геотермальное тепло, для того, чтобы уменьшить эффект теплового купола.

Группа изобретений относится к композиции хладагента и ее применению. Композиция хладагента для системы горячего водоснабжения/отопления содержит от 1 до 10 мол.% диметилового эфира и от 99 до 90 мол.% диоксида углерода от общего количества молей диметилового эфира и диоксида углерода. Представлен также способ применения данной композиции. Достигается снижение токсичности и повышение экологичности хладагента, а также - повышение надежности его использования. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 16 табл., 2 ил.

1. Композиция хладагента для системы горячего водоснабжения/отопления, содержащая от 1 до 10 мол.% диметилового эфира и от 99 до 90 мол.% диоксида углерода от общего количества молей диметилового эфира и диоксида углерода.

2. Композиция хладагента по п.1, содержащая от 3 до 8 мол.% диметилового эфира и от 97 до 92 мол.% диоксида углерода.

3. Способ применения композиции хладагента, содержащей от 1 до 10 мол.% диметилового эфира и от 99 до 90 мол.% диоксида углерода от общего количества молей диметилового эфира и диоксида углерода, в устройстве для горячего водоснабжения/отопления.