Холодильный агент, заменяющий r22

 

Данное изобретение относится к холодильному агенту, в частности, для систем кондиционирования воздуха. Состав холодильного агента содержит фторуглеводородный компонент, включающий 1,1,1,2-тетрафторэтан (R 134а и пентафторэтан (R 125). Дополнительно состав содержит добавку, выбранную из группы, включающей насыщенный углеводород или их смесь, кипящие в интервале температур от -5 до +70°С. Изобретение включает разбавитель холодильного агента и способ модификации холодильной системы или системы кондиционирования воздуха, содержащей R 22 в качестве холодильного агента. Составы по данному изобретению не содержат атомов хлора и не оказывают вредного воздействия на озоновый слой. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 9 табл., 3 ил.

Данное изобретение относится к холодильному агенту, в частности (но не исключительно) для систем кондиционирования воздуха. Указанная система, в частности, относится к составам холодильных агентов, которые не оказывают вредного воздействия на слой озона в атмосфере, и к составам, которые можно добавлять к существующим холодильным агентам, которые совместимы со смазками, обычно используемыми в системах охлаждения и кондиционирования воздуха. Данное изобретение также относится к способу модифицирования систем охлаждения и кондиционирования воздуха.

Хлорфторуглероды (CFC), например CFC-11 и CFC-12, стабильны, обладают низкой токсичностью и не воспламеняются, что обеспечивает низкий уровень опасности при использовании их в системах охлаждения и кондиционирования воздуха. При выбросе они проникают в стратосферу и разрушают озоновый слой, который защищает окружающую среду от вредных воздействий ультрафиолетовых лучей. Монреальский Протокол, международное соглашение по окружающей среде, подписанное более чем 160 странами, предписывает постепенно прекратить применение CFC в соответствии с согласованным графиком. Теперь это относится и к хлорфторуглеводородам (HCFC), которые также оказывают вредное воздействие на озоновый слой.

R22 является химической жидкостью и, безусловно, наиболее широко используемым в мире HCFC холодильным агентом для систем охлаждения и кондиционирования воздуха. R22 обладает определенным потенциалом обеднения озона, составляющим приблизительно 5% от этой величины для CFC11. После того как исключили применение хлорфторуглеродов (CFC), содержание хлора в R22 может сделать его крупнейшим (по объему) разрушающим озон веществом. R22 также является объектом программы Монреальского Протокола по прекращению его применения. В некоторых странах R22 запрещен к использованию в новом оборудовании.

Любая замена HCFC 22 должна предусматривать отсутствие способности обеднять озоновый слой. Составы по данному изобретению не содержат атомов хлора и, следовательно, они не будут оказывать вредного воздействия на озоновый слой, в то же время обеспечивая поведение, подобное поведению R22, в качестве рабочей жидкости в холодильных установках.

Для описания смесей холодильных агентов в патентной литературе используют различные термины. Среди них можно выделить следующие:

Zeotrop: смесь жидкостей, у которой состав жидкой и паровой фаз при заданной температуре различен.

Смещение температуры: если смесь жидкостей, у которой состав жидкой и паровой фаз при заданной температуре различен, перегоняют при постоянном давлении, ее температура кипения будет увеличиваться. Изменение температуры кипения с начала перегонки до точки исчезновения жидкой фазы называется смещением температуры. Смещение наблюдается также, когда насыщенный пар такой смеси конденсируется при постоянном давлении.

Азеотроп: смесь жидкостей определенного состава, у которой при определенной температуре состав пара и жидкости одинаков. Строго говоря, смесь жидкостей, которая является азеотропом, например, в условиях испарителя, не может также быть азеотропом и в условиях конденсатора. Однако литература по холодильной технике может описывать смесь как азеотропную, если она удовлетворяет вышеприведенному определению при некоторой температуре в пределах рабочего диапазона.

Смесь, близкая к азеотропу: смесь, которая кипит в небольшом интервале температур, то есть имеет малое смещение температуры.

Смесь - модификатор холодильных агентов: не содержащая хлора смесь, применяемая для полной замены исходного CFC или HCFC холодильного агента.

Смесь - разбавитель холодильных агентов: не содержащая хлора смесь, добавляемая в ходе сервисного обслуживания к оставшемуся в блоке HCFC холодильному агенту, то есть восполняющая холодильный агент, чтобы возместить утечку.

Герметичный компрессор: компрессор, у которого электродвигатель находится в том же полностью герметичном корпусе, что и компрессор. Двигатель охлаждается паром холодильного агента, возвращающимся в компрессор. Тепло, выделяемое двигателем, удаляется через конденсатор.

Полугерметичный компрессор: подобен герметичному компрессору; основным различием является то, что корпус имеет болтовое соединение, которое можно разъединить, чтобы можно было осуществить сервисное обслуживание двигателя и компрессора.

Открытый компрессор: компрессор, который приводится в действие внешним двигателем посредством ведущего вала, проходящего через корпус компрессора. Тепло от двигателя рассеивается непосредственно в окружающую среду, а не через конденсатор. Это приводит к несколько более эффективной работе, чем у герметичного компрессора, но при этом может происходить утечка холодильного агента по уплотнению вала.

Процентные составы и соотношения, приведенные в данном описании, являются массовыми, если это не указано иначе. Процентные составы и соотношения дают в сумме 100%. Холодильные агенты - соединения HFC и HCFC обозначены далее буквой R.

Согласно первому аспекту данного изобретения состав холодильного агента включает 1,1,1,2-тетрафторэтан (R 134а), пентафторэтан (R125) и добавку, выбранную из группы, включающей насыщенный углеводород или их смесь, кипящую в интервале от -5 до +70°С; причем массовые соотношения R125 и R134a находятся в диапазонах:

R125 50-80%

R134a 50-20%

Эти составы можно использовать в качестве смесей - модификаторов холодильных агентов. Эти составы можно также применять в качестве разбавителей, как это указано ниже. Эти составы можно использовать в полугерметичных и герметичных системах.

Предпочтительные массовые соотношения R125 и R134a находятся в диапазонах:

R125 60-80%

R134a 40-20%

Более предпочтительным диапазоном является:

R125 60-78%

R134a 40-22%

Наиболее предпочтительным диапазоном является:

R125 64-76%

R134a 34-24%

Эти диапазоны являются предпочтительными для герметичных и полугерметичных систем. Эти составы можно также использовать в открытых системах Предпочтительные содержания в открытой системе находятся в диапазонах:

R125 57-78%

R134a 43-22%

Более предпочтительным диапазоном является:

R125 63-76%

R134a 33-24%

Содержание R125, применяемое в открытой системе, может быть на 10%, предпочтительно на 4-5%, выше, чем в герметичной или полугерметичной системе.

В первом аспекте данного изобретения в смесь не может быть включено никаких других холодильных агентов. Во втором аспекте, пригодном для использования в качестве разбавителя для R22, можно добавить дополнительный холодильный агент R32.

Предпочтительные углеводородные добавки выбирают из группы, состоящей из 2-метилпропана, 2,2-диметилпропана, бутана, пентана, 2-метилбутана, циклопентана, гексана, 2-метилпентана, 3-метилпентана, 2,2-диметилбутана и метилциклопентана. Эта углеводородная добавка предпочтительно имеет температуру кипения в диапазоне от 20 до 40°С. Применение н-пентана, циклопентана, изопентана и их смесей является предпочтительным. Особо предпочтительным является использование н-пентана, изопентана или их смесей. Из имеющихся в продаже смесей насыщенных углеводородов доступны циклопентан товарного сорта производства Phillips Petroleum Internftional NV, н-пентан Norpar ^Р5 S производства Exxon Chemical и изопентан Q1111 от Shell Chemicals.

Относительные соотношения компонентов пентана и бутана можно выбрать так, чтобы в сумме они составляли от 0,2 до 5% композиции, предпочтительно от 2 до 4%, более предпочтительно от 3 до 4%. Можно выбрать количество пентана, предпочтительно изопентана, от 0,2 до 2% совместно с соответствующим количеством от 4,8 до 3% бутана в составе, содержащем всего 5% углеводородов. В составах, содержащих менее 5% углеводородов, например 1 или 4%, можно использовать относительно большие соотношения бутан:пентан, чтобы свести к минимуму необходимость восполнять углеводороды при утечке. При этом снижается и опасность воспламенения.

По второму аспекту данного изобретения смесь - разбавитель холодильного агента включает состав по первому аспекту данного изобретения.

По третьему аспекту данного изобретения в состав холодильного агента входит состав по первому аспекту этого изобретения совместно с R22. Это изобретение обеспечивает также способ модификации холодильной установки или системы кондиционирования воздуха, содержащей в качестве холодильного агента R22, причем этот способ включает операцию добавления состава по второму аспекту данного изобретения к холодильному агенту системы.

Компрессоры поршневого типа, то есть возвратно-поступательные или ротационные компрессоры, используемые в системах охлаждения, всасывают из картера небольшие количества смазки, которая выбрасывается с паром холодильного агента через выпускные клапаны. Чтобы сохранить смазку компрессора, это масло следует направить по контуру потоком холодильного агента и возвратить в картер. Холодильные агенты CFC и HCFC смешиваются с углеводородными смазками и, следовательно, переносят эти смазки по контуру. Однако холодильные агенты HFC и углеводородные смазки имеют низкие взаимные растворимости, поэтому эффективный возврат масла происходить не может. Особенно остро эта проблема стоит в испарителях, где низкие температуры могут в достаточной степени увеличить вязкость масел, чтобы предохранить их от уноса вдоль стенок труб. В случае CFC и HCFC остается достаточное количество холодильного агента в масле, чтобы снизить вязкость и сделать возможным возврат масла.

При использовании HFC с углеводородными смазками возврат масла можно облегчить путем введения в систему углеводородной жидкости, имеющей следующие свойства:

а) достаточную растворимость в смазке при температуре испарителя, чтобы снизить ее вязкость;

в) достаточную летучесть для того, чтобы допустить дистилляцию из горячего смазывающего вещества в картере компрессора.

Углеводороды удовлетворяют этим требованиям.

Составы холодильных агентов по данному изобретению имеют несколько преимуществ. R125 имеет противопожарные характеристики. Присутствие R125 снижает воспламеняемость смеси холодильных агентов. Более высокое содержание НFC дает возможность добавить к смеси больше н-пентана, улучшая этим свойства смеси по растворимости традиционных смазок, например минеральных и алкилбензольных масел.

Данное изобретение может дать ряд преимуществ по сравнению с R22, включая нулевое обеднение озонового слоя, более низкую температуру нагнетания и более высокую производительность.

Данное изобретение может дать ряд преимуществ по сравнению с HFC заменой R407C, включая лучший возврат углеводородной смазки, лучшее охлаждение двигателя в герметичном компрессоре, более низкую температуру нагнетания и более низкое давление нагнетания.

Далее изобретение описывается с помощью примеров, никоим образом не имеющих ограничительного смысла.

ПРИМЕР 1.

Поведение пяти составов Р125/Р134а/пентан было исследовано с использованием стандартных методик анализа цикла холодильной машины, чтобы оценить их применимость в качестве заменителей R22 в герметичных или полугерметичных системах. Рабочие условия, используемые для анализа, были выбраны таким образом, чтобы они были типичными для условий в системах кондиционирования воздуха. Так как у этих смесей состав жидкой и паровой фаз при заданной температуре различен, для определения температурных границ цикла были выбраны средние точки их температурных смещений в испарителе и конденсаторе. Эти же температуры использовали и для получения данных о поведении R22.

Пентан присутствовал в количестве 4 мас.% в расчете на общую массу смеси R125/R134a. Чтобы упростить расчет, это небольшое количество пентана не учитывали.

Анализу цикла были подвергнуты следующие композиции холодильных агентов:

1. Состав, включающий 44% R125: 56% R134a

2. Состав, включающий 56% R125: 44% R134a

3. Состав, включающий 64% R125: 36% R134a

4. Состав, включающий 76% R125: 24% R134a

5. Состав, включающий 80% R125: 20% R134а

Для анализа использовали следующие условия цикла:

Холодопроизводительность 10 кВт

ИСПАРИТЕЛЬ

Средняя температура испарения жидкости 7°С

Перегрев 5,0°С

Перепад давления в трубопроводе всасывания (в единицах температуры насыщения) 1,5°С

КОНДЕНСАТОР

Средняя температура конденсации жидкости 45°С

Переохлаждение 5,0°С

Перепад давления в трубопроводе нагнетания (в единицах температуры насыщения) 1,5°С

ТЕПЛООБМЕННИК ЖИДКОСТНЫЙ ТРУБОПРОВОД/ТРУБОПРОВОД ВСАСЫВАНИЯ

КПД 0,3

КОМПРЕССОР

КПД электродвигателя 0,85

Изэнтропический КПД компрессора 0,7

Коэффициент подачи компрессора 0,82

ПАРАЗИТНЫЕ МОЩНОСТИ

Вентилятор на входе 0,3 кВт

Вентилятор на выходе 0,4 кВт

Контрольные приборы 0,1 кВт

Результаты анализа поведения в блоке кондиционирования воздуха с использованием этих рабочих условий приведены в табл.1. Для сравнения показано также поведение R22.

Все составы имеют более низкие температуры нагнетания, чем R22, и, следовательно, лучше в этом отношении. Однако состав 5 не является предпочтительным, поскольку давление нагнетания более чем на 0,2 МПа (2 бар) выше, чем у R22. Состав 1 неприемлем, поскольку холодопроизводительность составляет менее 90% от этой величины для R22. В целом поведение составов 2, 3 и 4 удовлетворяет критериям, установленным выше, и, следовательно, удовлетворяет требованиям данного изобретения.

ПРИМЕР 2.

Поведение пяти составов Р125/Р134а/пентан было испытано с использованием стандартных методик анализа цикла холодильной машины, чтобы оценить их пригодность для замены R22 в открытых системах. В качестве рабочих условий для анализа были выбраны условия, типичные для систем кондиционирования воздуха. Так как у этих смесей состав жидкой и паровой фаз при заданной температуре различен, для определения температурных границ цикла были выбраны средние точки их температурных смещений в испарителе и в конденсаторе. Те же самые температуры использовали и для получения данных о поведении R22.

Пентан присутствовал в концентрации 4 мас.% в расчете на общую массу смеси R125/R134a. Чтобы упростить расчет, это небольшое количество пентана не учитывали.

Анализ цикла был проведен для следующих составов холодильных агентов:

1. Состав, включающий 44% R125: 56% R134a

2. Состав, включающий 56% R125: 44% R134a

3. Состав, включающий 64% R125: 36% R134a

4. Состав, включающий 76% R125: 24% R134a

5. Состав, включающий 80% R125: 20% R134a

При анализе использовали следующие параметры цикла:

Холодопроизводительность 10 кВт

ИСПАРИТЕЛЬ

Средняя температура испарения жидкости 7,0°С

Перегрев 5,0°С

Перепад давления в трубопроводе всасывания (в единицах температуры насыщения) 1,5°С

КОНДЕНСАТОР

Средняя температура конденсации жидкости 45,0°С

Переохлаждение 5,0°С

Перепад давления в трубопроводе нагнетания (в единицах температуры насыщения) 1,5°С

ТЕПЛООБМЕННИК ЖИДКОСТНЫЙ ТРУБОПРОВОД/ТРУБОПРОВОД ВСАСЫВАНИЯ

КПД 0,3

КОМПРЕССОР

КПД электродвигателя 0,85

Изэнтропический КПД компрессора 0,7

Коэффициент подачи компрессора 0,82

ПАРАЗИТНЫЕ МОЩНОСТИ

Внутренний вентилятор 0,3 кВт

Внешний вентилятор 0,4 кВт

Контрольные приборы 0,1 кВт

Результаты анализа поведения в блоке кондиционирования воздуха при использовании этих рабочих условий приведены в табл.2. Для сравнения приведено также поведение для R22.

Все составы имеют более низкие температуры нагнетания, чем R22, и, следовательно, с этой точки зрения они лучше. Однако состав 5 является неприемлемым, так как его давление нагнетания превышает эту величину для R22 более чем на 0,2 МПа (2 бар). Составы 1 и 2 являются неприемлемыми, поскольку их холодопроизводительности составляют менее 90% от холодопроизводительности R22. Поведение составов 3 и 4 в целом удовлетворяет критериям, установленным выше, и, следовательно, удовлетворяют требованиям, предъявляемым к данному изобретению.

ПРИМЕР 3.

Было испытано поведение пяти составов Р125/Р134а/пентан с применением стандартных методик анализа цикла холодильной машины, чтобы оценить их способность заменить R22 в герметичных или полугерметичных системах, не имеющих теплообменника жидкостный трубопровод/трубопровод всасывания. В качестве рабочих условий, используемых при анализе, были взяты типичные условия для систем кондиционирования воздуха. Так как у этих смесей состав жидкой и паровой фаз при заданной температуре различен, то для определения температурных границ цикла были выбраны середины интервалов смещения температур в испарителе и конденсаторе. Те же самые температуры использовались и для получения данных о поведении R22.

Пентан присутствовал в количестве 4 мас.% в расчете на общую массу смеси R125/R134a. Для упрощения расчетов это небольшое количество пентана не учитывали.

Анализ цикла был проведен для следующих составов холодильных агентов:

1. Состав, включающая 44% R125: 56% R134a

2. Состав, включающая 56% R125: 44% R134a

3. Состав, включающая 64% R125: 36% R134a

4. Состав, включающая 76% R125: 24% R134a

5. Состав, включающая 80% R125: 20% R134a

При анализе использовали следующие параметры цикла:

Холодопроизводительность 10 кВт

ИСПАРИТЕЛЬ

Средняя температура испарения жидкости 7,0°С

Перегрев 5,0°С

Перепад давления в трубопроводе всасывания (в единицах температуры насыщения) 1,5°С

КОНДЕНСАТОР

Средняя температура конденсации жидкости 45,0°С

Переохлаждение 5,0°С

Перепад давления в трубопроводе нагнетания (в единицах температуры насыщения) 1,5°С

КОМПРЕССОР

КПД электродвигателя 0,85

Изэнтропический КПД компрессора 0,7

Коэффициент подачи компрессора 0,82

ПАРАЗИТНЫЕ МОЩНОСТИ

Внутренний вентилятор 0,47 кВт

Внешний вентилятор 0,26 кВт

Контрольные приборы 0,1 кВт

Результаты анализа поведения в блоке кондиционирования воздуха с использованием этих рабочих условий приведены в табл.3. Для сравнения приведено также поведение R22.

Все составы имеют более низкие температуры нагнетания, чем R22, и, следовательно, лучше его в этом отношении. Однако состав 5 является неприемлемым, так как его давление нагнетания более чем на 0,2 МПа (2 бар) превышает эту величину для R22. Составы 1 и 2 неприемлемы, так как их холодопроизводительности составляют менее 90% от холодопроизводительности R22. Поведение составов 3 и 4 в целом соответствует установленным выше критериям и, следовательно, удовлетворяет требованиям данного изобретения.

ПРИМЕР 4.

Поведение двух составов R125/R134a/пентан было исследовано с применением стандартных методик анализа цикла холодильной машины, чтобы оценить их возможности выступать в качестве разбавителей для R22 в герметичных и полугерметичных системах. Выбранные для анализа рабочие условия являются типичными для систем кондиционирования воздуха. Так как у этих смесей состав жидкой и паровой фаз при заданной температуре различен, то для определения температурных границ цикла использовали средние точки смещения температур в испарителе и конденсаторе; эти же условия использовали и при оценке поведения R22.

Пентан присутствовал в количестве 4 мас.% в расчете на общую массу смеси R125/R134a. Для упрощения расчетов это небольшое количество пентана не учитывали.

Анализ цикла проводили для следующих составов разбавителей R22:

1. Состав, включающий 64% R125: 36% R134a

2. Состав, включающий 44% R125: 56% R134a

Чтобы определить влияние, которое оказывает на поведение блока последовательное разбавление R22 вышеприведенными разбавителями, цикл анализировали при составах холодильных агентов, содержащих массовые доли R22 от 1,0 до 0,0. Результаты приведены в табл.4а и 4в. Зависимости основных параметров построены на фиг. 1, где рассчитанные точки соединены плавными линиями.

При анализе использовали следующие параметры цикла:

Холодопроизводительность 10 кВт

ИСПАРИТЕЛЬ

Средняя температура испарения жидкости 7,0°С

Перегрев 5,0°С

Перепад давления в трубопроводе всасывания

(в единицах температуры насыщения) 1,5°С

КОНДЕНСАТОР

Средняя температура конденсации жидкости 45,0°С

Переохлаждение 5,0°С

Перепад давления в трубопроводе нагнетания (в единицах температуры насыщения) 1,5°С

ЖИДКОСТНЫЙ ТРУБОПРОВОД

КПД электродвигателя 0,85

Изэнтропический КПД компрессора 0,7

Коэффициент подачи компрессора 0,82

ПАРАЗИТНЫЕ МОЩНОСТИ

Внутренний вентилятор 0,3 кВт

Внешний вентилятор 0,4 кВт

Контрольные приборы 0,1 кВт

Все составы имеют более низкие температуры нагнетания, чем R22, и, следовательно, превосходят его в этом отношении.

Состав 1 обеспечивает холодопроизводительность выше 90% от холодопроизводительности R22 во всем диапазоне разбавления. Смеси, содержащие более 45% R22, имеют холодопроизводительности, равные или превышающие холодопроизводительность R22. Холодильный коэффициент системы (СОР) с точностью 2% близок к этой величине для R22 во всем диапазоне разбавления. Следовательно, этот состав удовлетворяет требованиям данного изобретения.

Состав 2 обеспечивает холодопроизводительность более 90% от этой величины для R22 для смесей, содержащих более 20% R22. Холодильный коэффициент системы (СОР) практически такой же, как у R22, во всем диапазоне разбавления. Следовательно, этот состав удовлетворяет требованиям данного изобретения в случае смесей, содержащих более 20% R22.

ПРИМЕР 5.

Был исследован состав R32/R134а/пентан с использованием стандартных методик анализа цикла холодильной машины, чтобы оценить ее пригодность в качестве разбавителя для R22 в герметичных или полугерметичных системах. Выбранные для анализа рабочие условия являются типичными для систем кондиционирования воздуха. Так как у этой смеси состав жидкой и паровой фаз при заданной температуре различен, то для определения температурных границ цикла были выбраны средние точки интервалов смещения температуры в испарителе и конденсаторе. Те же самые температуры использовались и для получения данных о поведении R22.

Пентан присутствовал в количестве 4 мас.% в расчете на общую массу смеси R32/R134а. Для упрощения расчетов это небольшое количество пентана не учитывали.

Для композиции разбавителя для R22 был проведен анализ цикла.

Чтобы установить влияние, которое оказывает на поведение установки последовательное разбавление R22 путем доливания вышеприведенного разбавителя, цикл анализировали для составов холодильного агента, содержащих массовые доли R22 от 1,0 до 0,0. Результаты приведены в табл.5 и построены на фиг. 2, где рассчитанные точки соединены плавными линиями.

При анализе использовали следующие параметры цикла:

ИСПАРИТЕЛЬ

Средняя температура испарения жидкости 7,0°С

Перегрев 5,0°С

Перепад давления в трубопроводе всасывания (в единицах температуры насыщения) 1,5°С

КОНДЕНСАТОР

Средняя температура конденсации жидкости 45,0°С

Переохлаждение 5,0°С

Перепад давления в трубопроводе нагнетания

(в единицах температуры насыщения) 1,5°С

ТЕПЛООБМЕННИК ЖИДКОСТНЫЙ ТРУБОПРОВОД/ТРУБОПРОВОД ВСАСЫВАНИЯ

КПД 0,3

КОМПРЕССОР

КПД электродвигателя 0,85

Изэнтропический КПД компрессора 0,7

Коэффициент подачи компрессора 0,82

ПАРАЗИТНЫЕ МОЩНОСТИ

Внутренний вентилятор 0,3 кВт

Внешний вентилятор 0,4 кВт

Контрольные приборы 0,1 кВт

Все смеси, содержащие разбавитель, имеют более низкие температуры нагнетания, чем R22, и, следовательно, удовлетворяют требованиям данных технических условий. Холодильный коэффициент системы (СОР) практически равен этой величине для R22 во всем диапазоне разбавления. Холодопроизводительность холодильного агента составляет не менее 98% от холодопроизводительности R22 во всем диапазоне разбавления. При разбавлениях выше 20% R22 холодопроизводительность равна или превышает эту величину для R22. Давление нагнетания менее чем на 0,05 МПа (0,5 бар) превышает эту величину для R22 во всем диапазоне разбавления.

Результаты анализа поведения блока кондиционирования воздуха с использованием данных рабочих условий приведены в табл.5.

Следовательно, R32/R134a 30/70 удовлетворяет требованиям данного изобретения.

ПРИМЕР 6.

Был исследован состав R32/R125/R134a/пентан с использованием стандартной программы методик анализа цикла холодильной машины, чтобы оценить ее возможности в качестве разбавителя для R22 в герметичных или полугерметичных системах. Рабочие условия, выбранные для анализа, типичны для систем кондиционирования воздуха. Так как у этой смеси состав жидкой и паровой фаз при заданной температуре различен, то для определения температурных границ цикла были выбраны средние точки интервалов смещения температур в испарителе и конденсаторе. Те же самые температуры использовали и для получения данных о поведении R22.

Пентан присутствовал в количестве 4 мас.% в расчете на общую массу смеси.

Для упрощения расчетов это небольшое количество пентана не учитывали.

При анализе цикла использовали следующий состав разбавителя для R22:

Состав, включающий 23 мас.% R32, 25 мас.% R125 и 52 мас.% R134a.

Чтобы определить влияние, которое оказывает последовательное разбавление R22 доливанием вышеупомянутого разбавителя на поведение установки, цикл анализировали для составов холодильного агента, содержащих массовые доли R22 от 1,0 до 0,0. Результаты приведены в табл.6 и построены на фиг. 3, где рассчитанные точки соединены плавными линиями.

При анализе использовали следующие параметры цикла:

ИСПАРИТЕЛЬ

Средняя температура испарения жидкости 7,0°С

Перегрев 5,0°С

Перепад давления в трубопроводе всасывания (в единицах температуры насыщения) 1,5°С

КОНДЕНСАТОР

Средняя температура конденсации жидкости 45,0°С

Переохлаждение 5,0°С

Перепад давления в трубопроводе нагнетания (в единицах температуры насыщения) 1,5°С

ТЕПЛООБМЕННИК ЖИДКОСТНЫЙ ТРУБОПРОВОД/ТРУБОПРОВОД ВСАСЫВАНИЯ

КПД 0,3

КОМПРЕССОР

КПД электродвигателя 0,8

Изэнтропический КПД компрессора 0,7

Коэффициент подачи компрессора 0,82

ПАРАЗИТНЫЕ МОЩНОСТИ

Внутренний вентилятор 0,3 кВт

Внешний вентилятор 0,4 кВт

Контрольные приборы 0,1 кВт

Результаты анализа поведения блока кондиционирования воздуха с использованием этих рабочих условий приведены в табл.6.

Все смеси, содержащие разбавитель, имеют температуры нагнетания ниже, чем у R22, и, следовательно, удовлетворяют данным техническим условиям. Холодильный коэффициент системы (СОР) составляет не менее 98% от этой величины для R22, во всем диапазоне разбавления. Холодопроизводительность холодильного агента выше, чем у R22, во всем диапазоне разбавления. Давление нагнетания менее чем на 0,2 МПа (2,0 бар) превышает эту величину для R22 во всем диапазоне разбавления.

Следовательно, R32/R134a в соотношении 30/70 удовлетворяет требованиям данного изобретения.

ПРИМЕР 7.

Были испытаны составы холодильных агентов, включающие смеси R125, R134a и углеводорода, для применения в коммерческом тепловом насосе с использованием смонтированного на крыше теплового насоса Comfort Aire модель РНЕС-60-1а (5 тонн охлаждения/19·10 ³ Вт) с номинальной холодопроизводительностью 59024 Дж (56000 БТЕ) и номинальной теплопроизводительностью 59024 Дж (56000 БТЕ). На герметичный компрессор было установлено смотровое стекло на уровень масла, а на трубопроводе всасывания, нагнетания и жидкостном трубопроводе были установлены датчики температуры. Были установлены также манометры на трубопроводе всасывания и нагнетания.

Система работала как в режиме охлаждения, так и в режиме нагревания с R22, и были зафиксированы следующие данные: напряжение, сила тока, давление всасывания, температура всасывания, давление нагнетания, температура нагнетания, температура в жидкостном трубопроводе, температура в испарителе, температура окружающей среды, уровень масла и температура возвратного воздуха. Затем загрузка R22 была слита и заменена последовательно смесями 1-6 следующих составов:

Обнаружено, что возврат масла был близок к уровню работы с R22 при всех используемых смесях, что указывает на то, что добавки пентана и изопентана/бутана обеспечивают подходящий возврат масла. Некоторые смеси требуют добавления до 20% холодильного агента, чтобы предотвратить обледенение испарителя. Было обнаружено, что производительность меняется в зависимости от используемого состава. Потребление энергии в целом было ниже для всех смесей. Давления в трубопроводе нагнетания были в среднем слегка выше в случае смесей, в которых содержание R125 составляло более 60,5%, и ниже в случае смесей, содержащих менее 60,5% R125. Давление всасывания и температуры нагнетания были ниже со всеми используемыми смесями. Перегрев, измеряемый на выходе испарителя, был значительно выше, чем у R22, а разность температур в испарителе была обычно больше в режиме охлаждения и меньше в режиме нагревания. Было отмечено, что добавки пентана и изопентана/бутана обеспечивали необходимый возврат масла. Смеси №3, 4 и 5 обеспечивали максимальную близость к R22 по рабочим температурам и давлениям.

Формула изобретения

1. Состав холодильного агента, включающий 1,1,1,2-тетрафторэтан (R 134a), пентафторэтан (R 125) и добавку, выбранную из группы, включающей насыщенный углеводород или их смесь, кипящие в интервале от -5 до +70°С, в котором массовые соотношения R 125 и R 134а находятся в диапазоне, %:

R125 50-80

R134a 50-20

2. Состав холодильного агента по п.1, в котором указанные массовые соотношения находятся в диапазоне, %:

R125 60-80

R134a 40-20

3. Состав холодильного агента по п.2, в котором указанные массовые соотношения находятся в диапазоне, %:

R125 60-78

R134a 40-22

4. Состав холодильного агента по п.3, в котором указанные массовые соотношения находятся в диапазоне, %:

R125 64-76

R134a 36-24

5. Состав холодильного агента по п.1, в котором указанные массовые соотношения находятся в диапазоне, %:

R125 57-78

R134a 43-22

6. Состав холодильного агента по п.5, в котором указанные массовые соотношения находятся в диапазоне, %:

R125 63-76

R134a 37-24

7. Состав холодильного агента по любому из пп.1-6, в котором углеводородная добавка выбрана из группы, состоящей из 2-метилпропана, 2,2-диметилпропана, бутана, пентана, 2-метилбутана, циклопентана, гексана, 2-метилпентана, 3-метилпентана, 2,2-диметилбутана, метилциклопентана и их смесей.

8. Состав холодильного агента по любому из пп.1-7, в котором углеводородная добавка имеет температуру кипения в диапазоне от 20 до 40°С.

9. Состав холодильного агента по п.8, в котором углеводородная добавка выбрана из группы, включающей н-пентан, циклопентан, изопентан и их смеси.

10. Состав холодильного агента по п.9, в котором углеводородной добавкой является н-пентан.

11. Состав холодильного агента по п.9 или 10, в котором эта добавка дополнительно включает бутан.

12. Составы холодильного агента по п.11, в которых соотношение пентан: бутан составляет от 1:3 до 1:8, предпочтительно примерно 1:5.

13. Состав холодильного агента по любому из пп.1-12, в котором количество углеводородной добавки составляет от ничтожного количества до 10%.

14. Состав холодильного агента по п.13, в котором количество углеводородной добавки составляет от 1 до 8%.

15. Состав холодильного агента по п.14, в котором количество углеводородной добавки составляет от 2 до 4%.

16. Состав холодильного агента по любому из пп.1-15 совместно с некоторой долей R22.

17. Разбавитель холодильного агента, представляющий собой состав холодильного агента по любому из пп.1-16.

18. Способ модификации холодильной системы или системы кондиционирования воздуха, которая включает R22 в качестве холодильного агента, причем этот способ включает операцию добавления разбавителя по п.17 к холодильному агенту системы.

РИСУНКИ