Холодильный агент Советский патент 1982 года по МПК C09K5/08 F25B9/02 

(54) ХОЛОДИЛЬНЬ{Й АГЕНТ

Изобрегение относится к технике низких температур и может быть использовано для охлаждения различных объектов в диапазоне 90-120 К с помощью замкнутых дроссельных регенеративных циклов. Известны холодильные агенты для дроссельных систем охлаждения, представляющие собой многокомпонентные рабочие тела 1 . Указанные агенты обеспечивают сравнительно высокую термодинамическую зффективность цикла при температурах охлаждения 80-85 К в диапазоне давлений 4,0-10,0 МПа, но в интервале температур охлаждения 90-120 К не позволяют получать неизменной температуры криостатирования в процессе снятия тепловой нагрузки. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является холодильный агент, в качестве которого для получения температур в интервале 90-120 К применяется чистый арюн, обеспечивающий в указанном температурном диапазоне неизменную температуру охлаждения в процессе снятия тепловой нагрузки 2 Недостатком дроссельных систем на чистом аргоне является низкая термодинамическая эффективность цикла при давлениях нагнетания до 8,0 МПа, обусловленная малым значением изотермического эффекта дросселирования аргона. Цель изобретения - повыщение термодинамической эффективности цикла в диапазоне 90-120 К прн давлениях нагнетания до 8,0 МПа. Поставленная цель достигается тем, что холодильный агент дополнительно содержит пропилен и изобутан при следующем соотношешш компонентов, мол.%: Аргои20-40 Пропилен20-40 Изобутан20-50 Введенные в состав холодильного агента пропилен и изобутан имеют более высокие нормальные температуры кипения в большие значения изотермического эффекта дросселирования по сравнению с чистым аргоном. Прн осуществлении цикла на такой смеси введеняе пропилена и изобрутана позволяет понизить температуру начала работы аргонового каскад если у лопно представть никл па смеси как сопокупнскть элементарных циклов по числу компонентов. Кроме того, кипение и конденсация компоигнтов в теплсюбметшке происходит при переменной температуре, что повышает эффективность теплообмена по сравнению с циклом на чистом аргоне, благодаря уменьшению разности температур между прямым и обратным потоками. В результате становится возможным осуществление цикла с дросселированием в диапа .юне температур охлаждения 90-120 К при давлениях нагнетания 2,0-8,0 МПа. Термодинамическая эффективность такого цикла выше, чем у цикла на аргоне, при более высо кйх давлениях нагнетатся (ШД 20,0 МПа) и тех же температ)фах охлаждения (90-120 К). Практически неизменная температура охлаж дения в процессе снятия тепловой нагрузки для цикла ка предлагаемом холодильном агенте обеспечивается ограниченной растворимостью пропилена и изобутана в аргоне при низких температурах. В результате при температуре охлаждения смесь образует две жидкие фазы, одна из которых на 90-96% состоит из аргона. Эта жидкая фаза и обеспечивае. постоянную температуру кипения смеси при отводе тепла от объекта. В результате смешения указанных веществ объемньтм способом было установлено, что предлагаемый холодильный агент обеспечивает величину удельной холодопроизводительности цикла, превышающую ту же величину для цик ла на чистом аргоне. Использование предлагаемого холодильного агента позволяет получить удельную холодопроизводительность цикла 2-18 ВТ/нм /ч в ди пазоне давлений нагнетания 2,,0 МПа. Для цикла на чистом аргоне достижение нижнего предела холодопроизводительности (2 Вт/нм ч) возможно при давлениях нагнетания свыше 6,0 МПа. Таким образом, использование предлагаемого холодильного агента позволяет повысить термодинамический КПД дроссельных систем с температурой охлаждения 90-120 К, уменьшить давление нагнетания в цикле до 2,0-8,0 ПМа, что позволяет увеличить надежность и срок службы дроссельных систем. Использование предлагаемого хладагента в установке КУАС--01МТ позволяет повысить термодинамический КПД на 70-80%, что дает годовой экономический эффект на одну установку в размере 4,9 тыс.рублей. Формула изобретения Холодильный агент для одноступенчатой низкотемпературной регенеративной холодильной машины, содержащий аргон, отличающийся тем, что, с целью повышена термодинамической эффективности машины при температурном уровне охлаждения 90 - 120 К, он дополнительно содержит пропилен и изобутан при следующем соотношении компо нентов, мол.%: Аргон20-40 Пропилен20-40 Изобутан20-50 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 362978, кл. F 25 В 9/02, 1976. 2.Бродянский В. М. и др. Эффективные дроссельные криогенные рефрижераторы, рабо тающие на смесях.- Химическое и нефтяное машиностроение, 1971, № 12 ,с. 14.