Озонобезпечні холодоагенти з низьким потенціалом глобального потепління для низькотемпературного охолодження

Реферат: Винахід стосується озонобезпечних та незаймистих складів холодоагентів із GWP менш 2000 ІТН, що можуть виступати замінниками R404A, R507, HCFC22 і CFC502 у холодильних системах. UA 106102 C2 (12) UA 106102 C2 UA 106102 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Даний винахід відноситься до складів холодоагентів, зокрема, але не виключно, до складів, що характеризуються потенціалом глобального потепління (GWP) менш 2,000 у сумарному проміжку часу (ITH), що складає 100 років, та який характеризується мінімальним негативним впливом на стратосферний озон. Цей винахід відноситься до складів, що використовують, зокрема, але не виключно, як заміну R404A та R507 у холодильних системах та які є незаймистими, енергоефективними та низькотоксичними. Добре відомо, що хлорфторвуглеці (CFC), такі як CFC12 та CFC502, та гідрохлорфторвуглеці, такі як HCFC22, переміщаються до стратосфери, де вони розкладаються під впливом ультрафіолетового світла та руйнують озоновий шар. Йде процес заміни даних озоноруйнівних речовин (ODS) озонобезпечними альтернативами, такими як гідрофторвулеці (HFC), що є незаймистими, енергоефективними та низькотоксичними. У визначених варіантах застосування, що зокрема, але не виключно, відносяться до систем для низькотемпературного охолодження, що часто застосовують у супермаркетах, R502 був кращим холодоагентом в основному завдяки більш низькій температурі нагнітання в порівнянні з R22. Унаслідок висновку міжнародної угоди з питань навколишнього середовища, втіленого в Монреальскому протоколі, R502 був заборонений у багатьох країнах та буде знятий з експлуатації в інших країнах, що підписали даний договір, до кінця 2010. Основними озонобезпечними замінниками R502 є HFC склади з номерами холодоагентів R404A та R507, що є чудовими холодоагентами завдяки своєї енергоефективності, незаймистості, низькій токсичності та термодинамічним властивостям, однак характеризуються високими GWP серед зазвичай використовуваних HFC. R134a характеризується GWP, рівним 1300, але R404A та R507 володіють GWP, рівним 3982 та 3985 відповідно, відповідно до Четвертої доповіді про оцінку Міжурядової групи експертів по зміні клімату (Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change). У документі US-A-5722256 описані азеотропні суміші для використання як холодоагенти та в інших цілях, що містять R125, R32 та R134a. Пропан або R227ea можуть бути замінені або з'єднані з цими сумішами. Кращі варіанти здійснення дійсного винаходу надають склади холодоагентів, що є незаймистими при всіх умовах фракціонування, як зазначено в Стандарті 34 ASHRAE (Американської асоціації інженерів в області опалення, холодопостачання та кондиціонування повітря). Крім заміни R404A та R507 зі значним зниженням GWP, кращі варіанти здійснення даного винаходу також дозволяють виконувати заміну озоноруйнівних речовин в існуючих установках без необхідності в зміні мастильного матеріалу або внесення будь-яких значних змін в апаратні засоби системи. У випадках, коли при використанні кисневмісних масел спостерігалося потрапляння вологи або інші проблеми, нові склади дозволяють заміняти подібні масла вуглеводневими маслами. Кращий аспект дійсного винаходу також відноситься до пристроїв для холодопостачання, кондиціонування та перекачування тепла, що використовують дані склади холодоагентів та використовують у своїй роботі зворотний цикл Ренкіна. Подальший кращий аспект дійсного винаходу додатково відноситься до пристроїв для холодопостачання, кондиціонування та перекачування тепла, що використовують дані склади холодоагентів та використовують у своїй роботі цикл Лоренца. Відповідно до першого аспекту дійсного винаходу, наданий склад холодоагенту, що складається, власне кажучи, з гідрофторвуглецевого компонента, що складається з HFC 134а 15-45 % HFC 125 20-40 % HFC 32 25-45 % HFC 227ea 2-12 % HFC 152a 2-10 % разом з необов'язковим вуглеводневим компонентом; де кількість приведена по вазі й у сумі складає 100 %. У кращому варіанті здійснення винаходу гідрофторвуглецевий компонент складається з: HFC 134а 25-40 % HFC 125 25-35 % HFC32 35-40 % HFC 227еа 2-12 % HFC 152а 2-10 % Кращий вуглеводневий компонент складається по суті з: R134а 15-40 % R125 25-40 % 1 UA 106102 C2 5 10 15 R32 25-40 % R227ea 2-10 % R152a 2-10 % Подальший вуглеводневий компонент складається по суті з: R134a 15-32 % R125 25-39 % R32 25-40 % R227ea 2-10 % R152a 2-10 % Подальший вуглеводневий компонент складається по суті з: R134a 20-32 % R125 29-37 % R32 27-37 % R227ea 2-7 % R152a 2-7 % Подальший вуглеводневий компонент складається по суті з: R134a 28 % R125 31 % R32 31 % R227ea 5% R152a 5% Подальший вуглеводневий компонент складається по суті з: R134a 26 % R125 32 % R32 32 % R227ea 5% R152a 5% Подальший вуглеводневий компонент складається по суті з: R134a 24 % R125 33 % R32 33 % R227ea 5% R152a 5% Подальший вуглеводневий компонент складається по суті з: R134a 30 % R125 30 % R32 30 % R227ea 5% R152a 5% Подальший вуглеводневий компонент складається по суті з: R134a 22 % R125 34 % R32 34 % R227ea 5% R152a 5% Подальший вуглеводневий компонент складається по суті з: R134a 35 % R125 35 % R32 35 % R227ea 5% R152a 5% Особливо кращі склади не містять інших гідрофторвуглеців, крім тих, що розкриті в даному технічному описі. Склади відповідно до даного винаходу складаються по суті з цих з'єднань, причому в складі може бути присутньою невелика кількість домішок або добавок за умови, що вони не впливають негативно на основні властивості складів. Кращі варіанти здійснення даного винаходу відносяться до холодильних сумішей HFC і, необов'язково, вуглеводнів із GWP, рівними 2000 або менш, але які мають експлуатаційні характеристики в холодильних установках, подібні до характеристик R404A та R507, та одночасно є незаймистими та низькотоксичними. 2 UA 106102 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Діапазони HFC компонентів кращих варіантів здійснення були обрані таким чином, щоб усі склади в межах цих діапазонів характеризувались GWP нижче 2000. У той час як визначені склади R134a, R125 та R32 можуть утворювати суміші з GWP нижче 2000 та експлуатаційними характеристиками, подібними до характеристик R404A та R507, додавання R152а є вигідним завдяки тому, що він забезпечує подальше зниження загального GWP суміші. Включення R227ea забезпечує те, що суміш не стане займистою при робочих умовах, та поліпшує повернення масла в компресор завдяки емульгуванню мастильного матеріалу. Хоча використання альтернатив HFC, таких як вуглеводні та двоокис вуглецю (СО 2), що володіють значно меншими GWP, ніж HFC, технічно здійснено в в холодильних системах, цим альтернативам притаманні недоліки, що обмежують їхню загальну застосовність у громадських місцях, таких як супермаркети. Що стосується вуглеводнів, їх висока займистість означає, що їх безпечне використання здійсненне лише в сполученні з контуром із проміжним холодоносієм, що призводить до їх низької енергоефективності та підвищених витрат. У типовій холодильній системі супермаркету CO2 доводиться використовувати у транскритичному циклі на стороні високого тиску системи. Це використання часто призводить до збільшеної витрати енергії, а також до дуже високих робочих тисків. Ці фактори являють додаткову загрозу безпеки. Даний винахід відноситься до холодоагентів, що характеризуються прямими GWP, що нижче потенціалів R404A та R507 приблизно на 50 %. HFC не характеризуються достатньою розчинністю у традиційних мастильних матеріалах, таких як мінеральні й алкілбензольні масла, тому синтетичні кисневмісні мастильні матеріали, що є дорогими та гігроскопічними, були введені спеціально для нового обладнання. Холодильні суміші, такі як R404A, R507, R410A, R407C та інші, розповсюджені на ринку як замінники CFC та HCFC, але оскільки дані склади містять лише HFC компоненти, вони не можуть бути використані з традиційними вуглеводневими мастильними матеріалами, що зазвичай застосовуються з CFC та HCFC. Якщо ці суміші необхідно використовувати як заміну CFC та HCFC в існуючому устаткуванні, великі виробники хімічних речовин рекомендують зберігати в системі не більш 5 % традиційного мастильного матеріалу. Отже, необхідна фактично повна заміна мастильного матеріалу синтетичним кисневмісним мастильним матеріалом, що призводить до повної модифікації. Це вимагає повної модифікації. Це часто вимагає великих витрат та є незадовільним з технічної точки зору. Зокрема, для забезпечення достатнього повернення масла, вуглеводневі мастильні матеріали, такі як мінеральне масло, заміняють кисневмісними мастильними матеріалами, особливо складними ефірами поліола та поліалкілен гліколями. Нажаль, ці матеріали схильні до поглинання атмосферної вологи, особливо при технічному обслуговуванні. Дане поглинання може сприяти зайвій корозії та зносу устаткування. Надійність устаткування може бути знижена. Кращі варіанти здійснення дійсного винаходу надають HFC/вуглеводневі суміші, що забезпечують тривале використання вуглеводневих масел як в існуючому, так і в новому обладнанні. У кращих варіантах здійснення складів, описаних вище, кількість HFC 227ea складає приблизно 2-12 %; переважніше 3-12 %; переважніше 2-10 %; найбільше переважно 4-6 %; особливо переважно близько 5 %. У кращих варіантах здійснення складів, описаних вище, кількість HFC 152a складає приблизно 3-8 %; переважніше 4-6 %; особливо переважно близько 5 %. Наявність вуглеводню або суміші вуглеводнів не є обов'язковою. Проте склади, що містять вуглеводні, можуть бути надані відповідно до цього винаходу. Вуглеводневий компонент складів даного винаходу може бути обраний із групи, що складається з: 2-метилбутану, бутану, 2-метилпропану, 2,2-диметилпропану, пропану, пропілену, бут-1-ену, бут-2-ену, 2-метилпропілену та їх сумішей. Пропан може бути виключений зі складів цього винаходу. Кращі вуглеводневі компоненти вибирають із групи, що складається з: 2-метилбутану, бутану, 2-метилпропану, пентану та їх сумішей. 2-метилпропан є особливо кращим. Може використовуватися суміш 2-метилпропану та 2-метилпропилену. Використання 2-метилпропана у якості єдиного вуглеводню є особливо кращим. Кількості вуглеводневих компонентів можуть бути дуже малими, наприклад, 0,1-5 %, переважно 0,3-5 %, переважніше 0,6-4 %, найбільше переважно 2,5-3,5 %. Відповідно до другого кращого аспекту цього винаходу, наданий холодильний контур, що містить: перший теплообмінник, функціонально приєднаний до приймача тепла, що відводиться; другий теплообмінник, функціонально приєднаний до першого джерела тепла; мастильний матеріал; насос або компресор; та 3 UA 106102 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 розширювальний пристрій, приєднаний між теплообмінниками; контур, розташований таким чином, що робоча рідина циркулює між теплообмінниками за допомогою насоса або компресора, так що робоча рідина послідовно проходить від насоса або компресора до першого теплообмінника, розширювального пристрою, другого теплообмінника та повертається в насос або компресор; перший теплообмінник містить перший канал для теплообмінного середовища; другий теплообмінник містить другий канал для теплообмінного середовища; де робочою рідиною є склад холодоагенту відповідно до першого аспекту даного винаходу. Деякі холодильні суміші, заявлені в технічному описі, є зеотропними, так що їх точки роси та точки кипіння при однаковому тиску відрізняються щонайменше на 3 K. При використанні в холодильній установці, що використовує в роботі цикл Лоренца, дані суміші можуть демонструвати підвищену енергоефективність у порівнянні з їх застосуванням в установці, що використовує зворотний цикл Ренкіна. Покращення реалізоване шляхом використання різниці температур, потенційно створюваної зеотропним холодоагентом, між впускними отворами для холодоагенту та випускних отворів конденсатора та випарника холодильної установки. Ці різниці температур, що легко можуть бути виміряні за допомогою термопар, розміщених на впускних та випускних отворах, часто називаються "температурним глайдом". Відповідно до третього аспекту дійсного винаходу наданий холодильний контур, що використовує в роботі цикл Лоренца та містить: перший теплообмінник, функціонально приєднаний до приймача тепла, що відводиться; другий теплообмінник, функціонально приєднаний до першого джерела тепла; мастильний матеріал; насос або компресор; та розширювальний пристрій, приєднаний між теплообмінниками; контур, розташований таким чином, що робоча рідина циркулює між теплообмінниками за допомогою насоса або компресора, так що робоча рідина послідовно проходить від насоса або компресора до першого теплообмінника, розширювального пристрою, другого теплообмінника та повертається в або насос компресор; перший теплообмінник містить перший канал для теплообмінного середовища; другий теплообмінник містить другий канал для теплообмінного середовища; де щонайменше один з першого теплообмінника та другого теплообмінника забезпечує температурний глайд для відповідного потоку теплообмінного середовища, причому температура на одному кінці першого теплообмінника приблизно дорівнює температурі теплообмінного середовища на виході з приймача тепла, що відводиться; і температура на одному кінці другого теплообмінника приблизно дорівнює температурі теплообмінного середовища на виході з джерела тепла; де робочою рідиною є склад холодоагенту відповідно до першого аспекту даного винаходу. Додавання невеликої кількості вуглеводню до складу холодоагенту, що містить HFC або суміш HFC, може призвести до розчинення достатньої кількості вуглеводню в мастильному матеріалі, так що достатня кількість мастильного матеріалу буде переноситися по системі для підтримки змащення компресора. Очевидно, що чим більший вміст вуглеводню у складі, тим більше здатність холодоагенту переносити мастильний матеріал назад у компресор. Однак занадто високий вміст вуглеводню може призвести до утворення займистих сумішей. Хоча використання займистих холодоагентів допускається в деяких варіантах застосування, цей винахід відноситься до незаймистих складів для використання в устаткуванні, де заборонений застосовувати займисті холодоагенти. Однак складно створити незаймисті склади, що відповідають всім умовам, включаючи фракціонування складів холодоагентів, що може відбутися при витоку холодоагенту з або системи при збереженні. Деякі HFC є займистими, як визначено в Стандарті 34 ASHRAE. ASHRAE визначає HFC32 та HFC152a як займисті. Цей винахід відноситься до складів холодоагенту, що містить як суміші незаймистих HFC з вуглеводнями, так і суміші займистих HFC, незаймистих HFC та вуглеводнів у пропорціях, обраних таким чином, що всі подібні склади є незаймистими в ході фракціонування та у той же час надають подібну охолоджувальну дію й експлуатаційні характеристики, що й холодоагенти, які вони заміщають, а саме R404A, R507, CFC502, HCFC22 та інші озоноруйнівні склади. Хоча даний винахід відноситься до складів холодоагентів, що можуть використовуватися з традиційними мастильними матеріалами, такими як мінеральні й алкілбензольні масла, вони також підходять для використання із синтетичними кисневмісними мастильними матеріалами. Склади холодоагентів цього винаходу можуть бути придатними замінниками для R404A, R507, HCFC22 та R502 у новому обладнанні, що поставляють виробники первісного устаткування. 4 UA 106102 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 При складанні HFC сумішей і, у деяких випадках, HFC сумішей з вуглеводнями для заміни R404A, R507, CFC 502 та HCFC 22 у визначених варіантах застосування, зазвичай необхідно використовувати один або більше HFC з більш низькою точкою кипіння з одним або декількома HFC з більш високою точкою кипіння. У даному контексті кращими HFC з більш низькою точкою кипіння є HFC32 та HFC125, та HFC з більш високою точкою кипіння є HFC134a, HFC152a та HFC227ea. Щоб уникнути займистості у суміші або у фракції, утвореної витоком, наприклад, як визначено Стандартом 34 ASHRAE, загальна кількість вуглеводню повинна бути зведена до мінімуму. Кількість вуглеводневої суміші, розчиненої в маслі, також необхідно максимально підвищити для гарного повернення масла, особливо в тих ділянках контуру, де масло знаходиться в найбільш в'язкому стані, наприклад, у випарнику. Єдиний вуглеводень з найвищою точкою кипіння, такий як пентан або ізопентан, без сумнівів, буде демонструвати більш високу розчинність в маслі, ніж вуглеводень з більш низькою точкою кипіння. Однак, у випадку витоку, наприклад, з циліндра, вуглеводень з більш високою точкою кипіння буде концентруватися в рідкій фазі. Отже, необхідно обмежити кількість вуглеводню, для того, щоб уникнути утворення займистої суміші наприкінці витоку. Даної проблеми можна уникнути шляхом використання лише вуглеводню з низькою точкою кипіння, такого як пропан або ізобутан. Однак це характеризується двома недоліками. Поперше, вуглеводні з більш низькою точкою кипіння мають меншу розчинність в вуглеводневих мастильних матеріалах у випарнику, ніж вуглеводні з більш високою точкою кипіння, при їхній наявності в суміші в однаковій кількості, вираженій у вагових відсотках. Отже, вони менш ефективні для забезпечення гарного повернення масла. По-друге, завдяки своїй більш високій летючості, їм властиво концентруватися в паровій фазі суміші. Отже, необхідно обмежити їх концентрацію для того, щоб уникнути утворення займистих сумішей на початку витоку. Дана проблема збільшується, якщо один або більше HFC з більш низькою точкою кипіння також є займистими. Переважно склад не містить пропан. Суміші HFC125, HFC134a та HFC32 добре відомі в даній області техніки як потенційні замінники CFC502 та HCFC22 у новому обладнанні при наявності синтетичних кисневмісних мастильних матеріалів. Додавання або вуглеводню суміші вуглеводнів у кожну з подібних сумішей, у визначених кількостях та комбінаціях, сприяє сполучуваності з традиційними мастильними матеріалами шляхом забезпечення повернення масла в компресор. Однак у даних випадках присутність вуглеводню з HFC32 може негативно вплинути на рейтинг займистості суміші згідно ASHRAE, якщо даний вуглеводень присутній у занадто великій кількості, або зробити негативний вплив на повернення масла, якщо даний вуглеводень присутній у занадто малій кількості. Присутність HFC227ea, що широко використовується у якості протипожежного агента, забезпечує наявність у суміші достатньої кількості вуглеводню для створення незаймистої суміші, що відповідає усім умовам фракціонування згідно Стандарту 34 ASHRAE. Несподівано було виявлено, що наявність R227ea додатково поліпшує повернення вуглеводневого масла, такого як алкілбензольне масло, у компресор завдяки емульгуванню мастильного матеріалу в присутності вуглеводню, що, у свою чергу, дозволяє звести до мінімуму кількість вуглеводню або вуглеводневої суміші. Важливий аспект даного винаходу полягає в тому, що в той час, як включення HFC до складів холодоагентів забезпечує низьку токсичність та нульовий потенціал озонного виснаження (ODP), додавання вуглеводню в межах визначеного діапазону забезпечує одержання даними холодоагентами позначення "незаймисті" - Al, як визначено в Стандарті 34 ASHRAE, та одночасно забезпечує повернення масла в компресор, незважаючи на присутність у суміші займистого HFC32. Зокрема, даний винахід відноситься до складів холодоагентів, що містять вуглеводень та вуглеводневі суміші з HFC134a, HFC125, HFC32, HFC227ea та HFC 152a, що є незаймистими при фракціонуванні в ході іспиту на герметичність згідно Стандарту 34 ASHRAE та Стандарту UL2182 Лабораторії по техніці безпеки "Андерайтерс Лабраториз". Склади даного винахід дозволяють заміняти: (1) R404A, R507 та R502 сумішами з GWP менш 2000. (2) R22 сумішами з GWP менш 2000. (3) R22 та R502 сумішами з GWP менш 2000 без необхідності в заміні існуючого мастильного матеріалу системи, що представляє собою мінеральне масло або алкілбензол. У даному технічному описі цифри, заявлені для потенціалу глобального потепління (GWP), відносяться до сумарного проміжку часу (ITH), рівному 100 років, відповідно до Третьої доповіді про оцінку Міжурядової групи експертів по зміні клімату (TAR). Дійсний винахід дозволяє здійснювати заміну R404A та R507 холодоагентів, що найбільш широко використовуються у низькотемпературному охолодженні зі значним зниженням GWP, 5 UA 106102 C2 5 10 15 але без будь-якого зниження продуктивності, включаючи енергоефективність та холодопродуктивність. Винахід також полегшує заміну озоноруйнівних речовин HCFC22 та CFC502 при низьких витратах та без необхідності в заміні мастильного матеріалу в системі або внесенні будь-яких змін в апаратні засоби й одночасно забезпечує озонобезпеку та незаймистість відповідно до Стандарту 34 ASHRAE. Процентні співвідношення та інші величини, зазначені в даному технічному описі, наведені по вазі, якщо не зазначено інакше, та вибираються з будь-яких діапазонів, що складають у сумі 100 %. Винахід далі описаний за допомогою прикладів, що не є обмежуючими. Діапазон сумішей для заміни R404A, усі з яких характеризуються потенціалом глобального потепління менш 2000, був оцінений у звичайній холодильній установці з відкритим компресором, використовуючи програму "Цикл D" Національного інституту стандартів та технологій (NIST). Холодопродуктивність, що подається 10 кВт Випарник Середня точка температури випару - 35 °C Перегрів 5,0 °C Падіння тиску у всмоктувальній лінії (при температурі насичення) 1,5 °C Конденсатор Середня точка температури конденсації середовища 35,0 Переохолодження 5,0 °C Падіння тиску в нагнітальній лінії (при температурі насичення) 1,5 °C Теплообмінник рідинної лінії/всмоктувальної лінії ККД 0,3 Компресор Ізентропічний ККД компресора 0,7 Об'ємний ККД компресора 0,82 ККД двигуна 0,85 Паразитна потужність Вентилятор випарника 0,3 кВт Вентилятор конденсатора 0,4 кВт Органи керування 0,1 кВт Результати аналізу експлуатаційних характеристик холодильної установки при використанні даних експлуатаційних параметрів наведені в таблиці 1, разом з характеристиками R404A, наведеними для порівняння. Таблиця 1 Відкритий компресор R22 R134a R125 R32 227еа 152а Склад холодоагенту, % ваг/ваг R502 R404A 1 2 3 4 4 35 30 20 24 44 30 30 35 33 52 30 35 35 33 5 5 5 5 5 5 5 23 35 31 8 3 6 26 32 35 3 4 Температура нагнітання (°С) 119,3 77,6 71 101,6 105,1 105,7 104,8 101,1 106,9 Тиск нагнітання (бар. абс.) 14,07 15,30 16,73 16,75 17,56 17,72 17,19 17,26 17,44 COP (охолодження) 1,24 1,16 1,11 1,18 1,18 1,18 1,18 1,18 1,19 Холодопродуктивність 707 706 697 726 775 785 755 751 772 3 (охолодження)(кДж/м ) Глайд у випарнику (K) 0 0,1 0,5 4,4 4,2 4,4 4,6 4,5 4,5 Глайд у конденсаторі (K) 0 0 0,4 4,7 4,3 4,3 4,7 4,6 4,5 Витрата (кг/с) 0,0656 0,1036 0,0961 0,066 0,0640 0,0633 0,0635 0,0668 0,0622 20 Діапазон сумішей для заміни R404A, усі з яких мають потенціал глобального потепління менш 2000, був оцінений у звичайній холодильній установці з герметичним компресором, використовуючи програму "Цикл D" Національного інституту стандартів та технологій (NIST). 6 UA 106102 C2 Холодопродуктивність, що подається 10 кВт Випарник Середня точка температури випару - 35 °C Перегрів 5,0 °C Падіння тиску в усмоктувальній лінії (при температурі насичення) р 1,5 °C Конденсато Середня точка температури конденсації середовища 35,0 °C Переохолодження 5,0 °C Падіння тиску в нагнітальній лінії (при температурі насичення) 1,5 °C Компресор Ізентропічний ККД компресора 0,7 Об'ємний ККД компресора 0,82 ККД двигуна 0,85 Паразитна потужність Вентилятор випарника 0,3 кВт Вентилятор конденсатора 0,4 кВт Органи керування 0,1 кВт Результати аналізу експлуатаційних характеристик холодильної установки при використанні даних експлуатаційних параметрів приведені в таблиці 2 разом з характеристиками R22, R502 та R404A, приведеними для порівняння. Таблиця 2 Герметичний компресор R22 R134a R125 R32 227ea 152a R22 Температура нагнітання (°С) Тиск нагнітання (бар. абс.) COP (охолодження) Холодопродуктивність 3 (охолодження) (кДж/м ) Глайд у випарнику (K) Глайд у конденсаторі (K) Витрати (кг/с) 100 Склад холодоагенту, % ваг/ваг R502 R404A 1 2 3 4 4 35 30 20 24 51,2 44 30 зо 35 33 52 30 35 35 33 5 5 5 5 5 5 48,8 5 23 35 31 8 3 6 26 32 35 3 4 156,1 14,07 1,061 98,8 88,9 129,6 134,4 15,30 16,73 16,75 17,56 1,035 0,992 1,089 1,093 135,0 17,72 1,087 133,9 17,19 1,091 128,8 17,26 1,008 136,7 17,44 1,09 622,7 648,0 643,5 652,3 693,8 702,4 676,8 675,4 690,3 0 од 0,5 4,4 4,2 4,4 4,6 4,5 4,5 0 0 0,4 4,7 4,3 4,3 4,7 4,5 4,5 0,0656 0,1036 0,0961 0,066 0,0640 0,0633 0,0635 0,0668 0,0622 5 У таблиці 3 зображені експлуатаційні характеристики суміші 4 з таблиці 2 при експлуатації в системі з герметичним компресором при різних температурах конденсації та випару. Наступні параметри є загальними для будь-яких умов, від A до D. Холодопродуктивність, що подається 10 кВт Перегрів випарника 5,0 °C Падіння тиску в усмоктувальній лінії (при температурі насичення) 1,5 °C Переохолодження конденсатора 3,0 °C Падіння тиску в нагнітальній лінії (при температурі насичення) 1,5 °C Компресор Ізентропічний ККД компресора 0,75 Об'ємний ККД компресора 0,85 ККД двигуна 0,87 Паразитна потужність Вентилятор випарника 0,3 кВт Вентилятор конденсатора 0,4 кВт Органи керування 0,1 кВт 7 UA 106102 C2 Таблиця 3 Продуктивність суміші 4 для різних температур у випарнику та конденсаторі Суміш 4 (% ваг.) 24 33 33 5 5 Температура у випарнику (°С) Температура у конденсаторі (°С) Температура нагнітання (°С) Тиск нагнітання (бар) СОР (охолодження) Холодопродутивність (охолодження) 3 (кДж/м ) Глайд у випарнику (K) Глайд у конденаторі (K) Витрата (кг/с) 5 10 15 20 Умова А Умова В Умова С Умова D -10 31 -24 41 -15 28 -19 45 78 15,50 2,37 1 19,98 1,34 79 14,32 2,24 112 22,02 1,38 2239 1100 1885 1305 4,8 4,8 0,0575 4,4 4,5 0,0664 4,9 4,9 0,0568 4,3 4,3 0,0683 Випробування були проведені в 2010 компанією "Refrigerant Services Inc." 15 Williams Ave. Дартмут, Нова Шотландія, Канада з використанням складу з приклада 4 таблиць 1 та 2, що складається з R134a-24 %, R125-33 %, R32-33 %, R227ea-5 % та R152a-5 % на наступному устаткуванні. Устаткування. Конденсаторний агрегат з повітряним охолодженням потужністю 1 к.с. Оригінальний холодоагент R-502. 1 випарний змійовик Cancoil потужністю 9000 Бто на різницю температур у 10F. Обсяг камери приблизно 6 футів на 8 футів. Складається зі стінок стелі та підлоги, виготовлених із застосуванням ізоляції з пінополістирола товщиною 2-1/2 дюйми. Єдиний клапан теплового розширення, модель Q Sporlan ½ тонн R-404A Методика. У систему помістили холодоагент R-404A та клапан теплового розширення (TXV) був відрегульований на температуру приблизно 8 градусів по Фаренгейту. У системі були відсутні інші пристрої для регулювання тиску або температури. Було проведено кілька випробувань тривалістю по 7-8 годин та записані отримані дані. R-404A був витягнутий із системи та система була спорожнена. Подібна кількість складу з приклада 4 була поміщена в систему. Було проведено кілька випробувань тривалістю по 7-8 годин та записані отримані дані. Отримані дані були записані в наступному виді: 8 UA 106102 C2 Експериментальні технічні дані випробувань прикладу 4 у порівнянні з R-404A Сила струму Тиск Температура Температура Тиск нагнітання компресора в всмоктування нагнітання продукту амперах Приклад Приклад Приклад Приклад R- Приклад Година R-404A R-404А R-404A R-404A 4 4 4 4 404A 4 0 1 30 37 240 240 136 127 3-7 3,8 30 35 2 30 36 240 245 138 129 3,6 3,7 21 27 3 28 32 240 235 139 126 3,6 3,6 19 25 Розмороження 4 30 29 240 232 138 126 3,6 3,5 25 27 5 26 27 230 225 139 124 3,5 3,5 20 27 6 24 23 235 210 138 122 3,4 3,2 22 27 Температура Температура на Температура у Температура на навколишнього виході з випарнику вході у випарник середовища випарника Приклад Приклад Приклад Приклад Приклад Година R-404A R-404А R-404A R-404A R-404A 4 4 4 4 4 0 1 16 25 69 74 4,2 8 16 25 12,8 19,5 2 18 24 74 75 -1,2 5,7 18 24 13,1 18,8 3 17 22 73 73 -4,5 1,7 17 22 13,6 17,5 Розмороження 4 23 26 72 75 -1 -3,7 23 26 13 20,9 5 18 26 70 74 -4,71 -7 18 26 13,4 21 6 22 27 73 68 -6,8 -10,2 22 26 17,8 23,7 Температура простору 5 10 15 20 Загалом, експлуатаційні характеристики складу з приклада 4 кращі, ніж характеристики R404A. Температури простору та продукту наприкінці сеансу роботи були значно нижче у складі з приклада 4. Це означає, що холодопродуктивність складу з приклада 4 може бути вище, ніж у R404A. Виявилося, що енергоспоживання складу з приклада 4 подібно енергоспоживанню R404A. TXV був відрегульований на величину одного оберту у бік закриття при використанні складу з приклада 4 для підтримки подібного перегріву випарника, що й R-404A. Тиск всмоктування та нагнітання складу з приклада 4 були дуже подібні аналогічним тискам R-404A. Ці результати показують, що даний продукт може використовуватися для заміни R-404A в існуючих або нових системах з невеликими регулюваннями налаштувань керування. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Склад холодоагенту, що складається, по суті, з гідрофторвуглецевого компонента, що складається з, %: HFC 134а 15-45 HFC125 20-40 HFC 32 25-45 HFC 227еа 2-12 HFC 152а 2-10 разом з необов'язковим вуглеводневим компонентом; де кількість наведена по масі та складає у сумі 100 %. 2. Склад холодоагенту за п. 1, де гідрофторвуглецевий компонент складається по суті з, %: R134a 15-40 R125 25-40 R32 25-40 R227ea 2-12 9 UA 106102 C2 5 10 15 R152a 2-10. 3. Склад холодоагенту за п. 1, де гідрофторвуглецевий компонент складається по суті з, %: R134a 15-32 R125 25-39 R32 25-40 R227ea 2-10 R152a 2-10. 4. Склад холодоагенту за п. 1, де гідрофторвуглецевий компонент складається по суті з, %: R134a 20-32 R125 29-37 R32 27-37 R227ea 2-7 R152a 2-7. 5. Склад холодоагенту за п. 1, де гідрофторвуглецевий компонент складається по суті з, %: R134a 28 R125 31 R32 31 R227ea 5 R152a 5. 6. Склад холодоагенту за п. 1, де гідрофторвуглецевий компонент складається по суті з, %: R134a 26 R125 32 R32 32 R227ea 5 R152a 5. 7. Склад холодоагенту за п. 1, де гідрофторвуглецевий компонент складається по суті з, %: R134a 24 R125 33 R32 33 R227ea 5 R152a 5. 8. Склад холодоагенту за п. 1, де гідрофторвуглецевий компонент складається по суті з, %: R134a 30 R125 30 R32 30 R227ea 5 R152a 5. 9. Склад холодоагенту за п. 1, де гідрофторвуглецевий компонент складається по суті з, %: R134a 22 R125 34 R32 34 R227ea 5 R152a 5. 10. Склад холодоагенту за п. 1, де гідрофторвуглецевий компонент складається по суті з, %: R134a 20 R125 35 R32 35 R227ea 5 R152a 5. 11. Склад холодоагенту за будь-яким з попередніх пунктів, де вуглеводневий компонент вибраний із групи, що складається з: 2-метилбутану, 2-метилпропану, пентан-2,2диметилпропану, пропану, пропілену, бутану, бут-1-ену, бут-2-ену, 2-метилпропілену та їх сумішей. 12. Склад холодоагенту за будь-яким з попередніх пунктів, де вуглеводневий компонент вибраний серед 2-метилпропану або 2-метилпропілену. 13. Склад холодоагенту за будь-яким з попередніх пунктів, де вуглеводневий компонент є 2метилпропаном. 14. Склад холодоагенту за будь-яким з попередніх пунктів, де кількість вуглеводневого компонента становить від 0,1 % до 5 %. 10 UA 106102 C2 5 10 15 20 25 30 35 15. Склад холодоагенту за п. 14, де кількість вуглеводневого компонента становить від 0,3 % до 5 %. 16. Склад холодоагенту за п. 15, де кількість вуглеводневого компонента становить від 0,6 до 4 %, переважно, від 2,5 % до 3,5 %. 17. Склад холодоагенту за будь-яким з попередніх пунктів, що відповідає критеріям класифікації по безпеці А1 і А2 Стандарту 34 ASHRAE. 18. Склад холодоагенту за будь-яким з попередніх пунктів, що відповідає критеріям класифікації по безпеці А1 і А2 Стандарту 34 ASHRAE. 19. Холодоагент за будь-яким з попередніх пунктів у сполученні з мастильним матеріалом компресора, що є складним ефіром поліолу. 20. Холодоагент за п. 19 у сполученні з мастильним матеріалом компресора, що є поліефіром. 21. Холодоагент за п. 19 або п. 20, де мастильний матеріал є сумішшю кисневмісних мастильних матеріалів. 22. Холодильний контур, що містить: перший теплообмінник, функціонально приєднаний до приймача тепла, що відводиться; другий теплообмінник, функціонально приєднаний до першого джерела тепла; мастильний матеріал; насос або компресор; та розширювальний пристрій, приєднаний між теплообмінниками; контур, розташований таким чином, що робоча рідина циркулює між теплообмінниками за допомогою насоса або компресора, так що робоча рідина послідовно проходить від насоса або компресора до першого теплообмінника, розширювального пристрою, другого теплообмінника і повертається в насос або компресор; перший теплообмінник містить перший канал для теплообмінного середовища; другий теплообмінник містить другий канал для теплообмінного середовища; де робоча рідина являє собою склад холодоагенту за будь-яким з пп. 1-18. 23. Холодильний контур, що використовує в роботі цикл Лоренца і містить: перший теплообмінник, функціонально приєднаний до приймача тепла, що відводиться; другий теплообмінник, функціонально приєднаний до першого джерела тепла; мастильний матеріал; насос або компресор; та розширювальний пристрій, приєднаний між теплообмінниками; контур, розташований таким чином, що робоча рідина циркулює між теплообмінниками за допомогою насоса або компресора, так що робоча рідина послідовно проходить від насоса або компресора до першого теплообмінника, розширювального пристрою, другого теплообмінника і повертається в насос або компресор; перший теплообмінник містить перший канал для теплообмінного середовища; другий теплообмінник містить другий канал для теплообмінного середовища; де щонайменше один перший чи другий теплообмінник забезпечує температурний глайд для забезпечення відповідного потоку теплообмінного середовища, причому температура на одному кінці першого теплообмінника приблизно дорівнює температурі теплообмінного середовища на виході з приймача тепла, що відводиться; і температура на одному кінці другого теплообмінника приблизно дорівнює температурі теплообмінного середовища на виході з джерела тепла; де робоча рідина являє собою склад холодоагенту за будь-яким з пп. 1-18. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 11