Хладагент для низкотемпературных рефрижераторных систем

Изобретение относится к области холодильной техники и может быть использовано в качестве хладагента в низкотемпературных рефрижераторных системах преимущественно в одноконтурных системах с одноступенчатым компрессором. Многокомпонентный хладагент содержит в следующем соотношении компонентов, мол.: 0,30-0,60 низкокипящего компонента - метана, 0,10-0,70 среднекипящего компонента, такого как тетрафторметан, трифторметан, октафторпропан и окафторциклобутан, а также 0,05- 0,30 высококипящего компонента - алкана, в качестве которого используются такие вещества, как нормальный пентан, изопентан, нормальный гексан, либо их бинарные смеси. Данный хладагент позволяет повысить удельную холодопроизводительность и энергетическую эффективность одноконтурной холодильной системы в температурном диапазоне от -120 0С до -80 0С при одновременном увеличении срока службы такой системы. 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к области холодильной техники и может быть использовано в качестве хладагента в низкотемпературных рефрижераторных системах преимущественно в одноконтурных системах с одноступенчатым компрессором.

Такие одноконтурные системы, использующие многокомпонентные хладагенты, имеют значительные преимущества перед традиционными каскадными системами при температурах охлаждения ниже -80°С (см. Podtcherniaev О., Boiarski M., Lunin A. Comparative Performance of Two-Stage Cascade and Mixed Refrigerant Systems in Temperature Range from -100°C to -70°C; 9th Int. Refrigeration and AC Conf., Purdue, 2002, Paper R18-3) [1].

В холодильной технике известны многокомпонентные хладагенты в виде рабочих смесей, например смесь, содержащая трифторметан R23, октафторциклобутан RC318, октафторпропан R218, пропан и изобутан (см. патент РФ №2161637) [2]. Наиболее низкокипящий компонент этой смеси - трифторметан - имеет температуру нормального кипения -81°С, что не позволяет создать одноконтурную систему охлаждения с положительным давлением всасывания на уровень ниже -80°С. Это является главным недостатком известного хладагента [2 ].

Известен многокомпонентный хладагент, содержащий пентафторэтан R125 (15-70 мол.%), гептафторпропан R227 (20-70 мол.%) и одно из соединений, выбранных из группы, содержащей пропан, бутан, изобутан, октафторциклобутан RC318 (1-20 мол.%). Такая смесь описана в патенте РФ №2135541 [3]. В этой рабочей смеси низкокипящим компонентом является пентафторэтан с температурой нормального кипения -48°С, что препятствует использованию этого хладагента в низкотемпературных системах.

Наиболее близким к предлагаемому решению является многокомпонентный озонобезопасный хладагент, содержащий, по крайней мере, одно соединение из ряда: трифторметан, октафторциклобутан, в количестве 55-87 об.% и в качестве смеси углеводородов - бытовой газ в количестве 13-45 об.%, имеющий состав, об. %: пропан - 40; изобутан - 40; пропилен - 18 и в качестве примеси метан и этан - 2 (см. опубликованную заявку на изобретение РФ №2000110320) [4]. Недостатком этого хладагента является очень малая удельная холодопроизводительность и термодинамическая эффективность, большие габариты компрессора и соответственно высокая начальная стоимость холодильной системы, сочетающаяся с высокими эксплуатационными расходами, вызванными весьма значительным потреблением электроэнергии.

Принцип работы одноконтурной холодильной системы с серийным одноступенчатым компрессором и расчет эффективности работы такой системы иллюстрируются прилагаемыми фиг.1 и фиг.2.

Фиг.1. Принципиальная схема одноконтурного низкотемпературного цикла, работающего на многокомпонентном рабочем теле.

Фиг.2. График соотношения холодопроизводительности и тепловой нагрузки.

На фиг.1 показаны основные элементы одноконтурного низкотемпературного цикла со смесевым хладагентом. К таким элементам относятся:

1 - компрессор

2 - конденсатор

3 - регенеративный теплообменник

4 - дроссель

5 - испаритель.

На фиг.2 показано, как соотносятся между собой тепловая нагрузка и холодопроизводительность при распределении по температурам.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в повышении удельной холодопроизводительности и энергетической эффективности одноконтурной холодильной системы с серийным одноступенчатым компрессором в температурном диапазоне -120°С...-80°С при одновременном увеличении срока службы такой системы.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что многокомпонентный хладагент (рабочая смесь) содержит низкокипящий компонент - метан, группу среднекипящих компонентов, таких как тетрафторметан, трифторметан, октафторпропан и окафторциклобутан, а также высококипящий компонент - алкан, в качестве которого используются, например, такие вещества, как нормальный пентан, изопентан, нормальный гексан, либо их бинарные смеси в следующем соотношении компонентов, мол.:

Низкокипящий компонент 0,30...0,60
Среднекипящие компоненты 0,10...0,70
Высококипящий компонент 0,05...0,30

Компьютерное моделирование и проведенные эксперименты позволили эмпирически выявить наиболее оптимальные сочетания веществ в составе хладагента, обеспечивающие существенное повышение холодопроизводительности системы и ее высокую эффективность при рабочих температурах в диапазоне от -120°С до -80°С. При этом, по сравнению с прототипом метан использовался не как малозначащая примесь, а служил в качестве основного углеводородного компонента. В качестве фторуглеводородов в смесь было введено, по крайней мере, по одному веществу из группы «тетрафторметан, трифторметан»; а также по одному веществу из группы «октафторпропан, октафторциклобутан». В многокомпонентный хладагент был также введен, по крайней мере, один алкан с числом атома углерода 5-6. Таким образом, при содержании метана в составе рабочей смеси 30-60 мол.% и содержании алкана 5-30 мол.% предпочтение было отдано трем наиболее эффективным хладагентам, в которых в качестве алкана использовались следующие компоненты:

Вариант 1 - алкан в виде смеси «нормальный пентан - изо-пентан».

Вариант 2 - алкан в виде смеси «нормальный пентан - нормальный гексан».

Вариант 3 - алкан в виде смеси «изопентан - нормальный гексан».

Наилучшие показатели энергетической эффективности зафиксированы при следующих соотношениях основных компонентов рабочей смеси, мол.%:

метан от 30 до 60
тетрафторэтан от 5 до 40
октафторциклобутан от 5 до 30
изо-пентан от 10 до 30

и

метан от 30 до 60
тетрафторэтан от 5 до 40
октафторпропан от 5 до 30
н-пентан от 5 до 30

В таблице 1 для сравнения приведены значения удельной холодопроизводительности, эксергетического КПД блока охлаждения, давлений в конденсаторе и испарителе одноконтурной холодильной установки, работающей на хладагенте-прототипе, и новых, предлагаемых нами хладагентах (варианты 1, 2, 3) в условиях, характерных для низкотемпературных рефрижераторов: температура охлаждения -100°С, температура окружающей среды + 30°С, минимальная разность температур в противоточном теплообменнике Δ=3°С.

Удельная холодопроизводительность, отнесенная к плотности на входе в компрессор, предлагаемых хладагентов по вариантам 1, 2, 3, более чем в два раза превышает холодопроизводительность прототипа, а КПД цикла при работе на этих рабочих веществах более, чем в 1,5 раза выше, чем при работе на прототипе [4]. КПД цикла определяется как отношение холодопроизводительности системы к работе изоэнтропного компрессора.

1. Многокомпонентный озонобезопасный хладагент для замораживания в диапазоне температур от -120 до -80°С, содержащий углеводороды и предельные фторуглеводороды, отличающийся тем, что в качестве углеводородов выбраны метан и, по крайней мере, один алкан с числом атома углерода 5-6, а в качестве фторуглеводородов, по крайней мере, по одному веществу из группы тетрафторметан, трифторметан и из группы октафторпропан, октафторциклобутан; при содержании метана в составе рабочей смеси от 30 до 60 мол.% и содержании алкана от 5 до 30 мол.%.

2. Хладагент по п.1, отличающийся тем, что в качестве алкана содержит смесь нормальный пентан - изо-пентан.

3. Хладагент по п.1, отличающийся тем, что в качестве алкана содержит смесь нормальный пентан - нормальный гексан.

4. Хладагент по п.1, отличающийся тем, что в качестве алкана содержит смесь изо-пентан - нормальный гексан.

5. Хладагент по п.1, отличающийся тем, что содержит компоненты в следующих соотношениях, мол.%:

Метанот 30 до 60
Тетрафторэтанот 5 до 40
Октафторциклобутанот 5 до 30
Изо-пентанот 10 до 30

6. Хладагент по п.1, отличающийся тем, что содержит компоненты в следующих соотношениях, мол.%:

Метанот 30 до 60
Тетрафторэтанот 5 до 40
Октафторпропанот 5 до 30
Н-пентанот 5 до 30



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к составу рабочего вещества и установке для реализации рабочего вещества в качестве компрессионных холодильных установок и тепловых насосов, и может быть использовано в углекислотных холодильных машинах во всех областях применения холодильной техники, в том числе во всех отраслях пищевой промышленности, в системах кондиционирования воздуха, химической и газовой промышленности.

Изобретение относится к смесям галогенированных углеводородных соединений, обладающих низким потенциалом истощения озонового слоя атмосферы. .
Изобретение относится к рабочим жидкостям тепловых трубок. .

Изобретение относится к области холодильной техники, в частности к составам композиций хладагентов, которые могут быть использованы в рефрижераторных системах производственного и бытового назначения малой и средней производительности.

Изобретение относится к составу бинарной композиции фторсодержащих галогенуглеводородов, которую можно использовать в качестве низкотемпературного хладагента, теплопередающей среды, газообразного диэлектрика, пропеллента, замедлителя горения, вспенивающего агента для полиуретанов и полиолефинов.

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано в производстве охлаждающих жидкостей, предназначенных для системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания автомобилей, сельскохозяйственных машин, специальной техники, в качестве теплоносителя в различных теплообменных аппаратах, эксплуатируемых при низких и умеренных температурах.

Изобретение относится к композиционным хладагентам, применяемым для замены хладона 12 в железнодорожном холодильном оборудовании. .

Изобретение относится к композициям хладагентов, предназначенным для использования в бытовом и промышленном холодильном оборудовании, в частности к композициям, не содержащим в своем составе хлорсодержащих соединений

Изобретение относится к композиции хладагента, которая содержит: (а) пентафторэтан, трифторметоксидифторметан или гексафторциклопропан или их смеси в количестве от 62 до 67 мас.% от массы композиции, (b) трифторметоксипентафторэтан, 1,1,1,2-тетрафторэтан, или их смесь в количестве от 26 до 36 мас.% от массы композиции и (с) углеводород, который по меньшей мере на 80 мас.% представляет собой изобутан, в количестве от 3 до 4 мас.% от массы композиции

Изобретение относится к холодильной композиции, которая содержит (а) пентафторэтан, трифторметоксидифторметан или гексафторциклопропан, или их смесь из двух или более компонентов в количестве, по меньшей мере, от 83 до 88 мас.% в расчете на массу композиции, (b) 1,1,1,2- или 1,1,2,2-тетрафторэтан, трифторметоксипентафторэтан, 1,1,1,2,3,3-гептафторпропан или их смесь из двух или более компонентов в количестве от 10 до 15 мас.% в расчете на массу композиции и (с) изобутан в количестве от 1 до 4 мас.% в расчете на массу композиции, с весовым отношением компонент (а) : компонент (b), равным, по меньшей мере, 3:1
Изобретение относится к близкой к азеотропной композиции, применимой, в частности, в качестве хладагента, пропеллента, пенообразователя и теплоносителя, содержащей транс-1,3,3,3-пентафторпропан (TpaнcHFO-1234ze) и соединение, которое выбирают из группы, состоящей из 1,1-дифторэтана («HFC-152a»), 1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропана («CHFC-227ea»), 1,1,1,2-тетрафторэтана («HFC-134a»), 1,1,1,2,2-пентафторэтана («HFC-125»)

Композиция охладителя или теплоносителя, способ применения композиции, способ охлаждения или обогрева, установки, содержащие композицию, способ детектирования композиции в установке, вспенивающий агент, содержащий композицию, способ получения пены, распыляемая композиция, способ получения аэрозольных продуктов, способ подавления пламени или гашения, а также способ обработки участка инертным газом для предотвращения возгорания // 2418027
Изобретение относится к композиции охладителя или теплоносителя, содержащей азеотропный или почти азеотропный компонент, содержащий от около 1 мас.% до около 99 мас.% HFC-1234yf и от около 99 мас.% до около 1 мас.% HFC-134a, и необязательно по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы, состоящей из пропана, н-бутана, изобутана и диметилового эфира
Наверх