Робоча суміш для холодильних машин

Рабочая смесь для холодильных машин, включающая дифторэтан и изобутан, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующих соотношениях, мае % дифторэтан 60-72 изобутан 28-40 Изобретение относится к холодильной технике, предпочтительно к бытовым холодильным агрегатам, и может быть использовано в среднетемпературном холодильном оборудовании, кондиционерах, в том числе автомобильных, тепловых насосах и в исследовательских целях Известно несколько направлений разработок в области создания хладагентов, альтернативных фреону R 12, неразрушающих озоновый слой земной атмосферы Одно из таких направлений связано с применением в составе хладагентов углеводородов Известна, например, рабочая смесь для холодильных машин, содержащая смесь хлордифторметана (CHF2CI, R 22) с изобутаном (СЬЦНю, R 600а), при содержании компонентов в следующем диапазоне, мае % хлордифторметан 65 - 80, изобутан 20 - 35 (заявка Великобритании, 2228739 А С09К 5/00,1990) Известная рабочая смесь обладает сравнимыми с дихлордифторметаном (CHF2CI2, R 12) показателями хладопроизводительности и энергетической эффективности, и отличается от него более слабым воздействием на озоновый слой Земли Вместе с тем известная рабочая смесь не является азеотропной, что приводит к снижению производительности операций по заправке хладагента в агрегат в условиях массового производства, а также усложняет эксплуатацию холодильного оборудования при необходимости перезаправки агрегата Кроме того, хладагент R 22 относится к группе так называемых переходных хладагентов и в соответствии с международными соглашениями по охране озонового слоя земной атмосферы к 2020 году должен быть полностью выведен из обращения Известны рабочие смеси для холодильных машин на основе экологически более безопасных, чем R 22 хладонов В частности, известна рабочая смесь для холодильных машин на основе пентафторэтана (C2HF5, R 125), содержащая изобутан R 600а Содержание R 125 в смеси составляет 60 - 80 мае (заявка Великобритании, 2247462А, С 09 К 5/00, 1991) Использование данной смеси в холодильной технике затруднено вследствие неотработанности технологии производства хладона R 125 в промышленных масштабах Кроме того, относительно высокое содержание фтора в молекуле R 125 (5 атомов) обуславливает увеличенный расход фтора при производстве хладона и, как следствие, увеличивает его стоимость Следует отметить, что при характерных температурах в испарителях холодильных установок (-20)-(-25)°С данная смесь будет иметь более высокое давление, чем R 12, что вызывает проблемы с ее возможным использованием вместо R 12 Известна также рабочая смесь для холодильных машин на основе 1,1,2, 2-тетрафторэтана О 47402 (CHF2CHF2, R 134) и изобутана R 600a при следующем соотношении компонентов, мас % 1,1, 2, 2-тетрафторэтан 70 - 99, изобутан 1 - 30 (Заявка PCT/US 92/02136, 1992) Преимуществом данной рабочей смеси является ее азеотропный характер Однако составляющий основу известной рабочей смеси хладон R 134 имеет весьма высокий показатель коэффициента глобального потепления, равный 0,3, что не в полной мере отвечает требованиям экологической безопасности Известны рабочие смеси для холодильных машин на основе дифторэтана (CHF2CH3, R 152а) Этот фреон, также как R 134, имеет нулевой озоноповреждающий потенциал, по сравнению с R 134 обладает в 10 раз меньшим коэффициентом глобального потепления (0,03) и имеет лучшую растворимость в маслах Дифторэтан при нормальном атмосферном давлении кипит при -25°С и по своим термодинамическим свойствам близок к R 12 Известна рабочая смесь для холодильных машин на основе дифторэтана (R 152а), содержащая дополнительно хлордифторметан (R 22) при следующем соотношении компонентов, мае % дифторэтан 50 - 65, хлордифторметан 35 50 (Заявка ГДР, 271122А1, С 09 К 5/04, 1989) При соотношении указанных компонентов R 22/R 152а, близком к 40 60, данная рабочая смесь имеет азеотропний характер, а ее энергетические характеристики при использовании в качестве холодильного агента совпадают с R 12 Вместе с тем известная рабочая смесь для холодильных машин на основе дифторэтана имеет определенные недостатки Хладон R 22 является переходным и должен постепенно выводиться из обращения Из-за его присутствия в составе рабочей смеси она обладает отличным от нуля озоно-повреждающим потенциалом Кроме того, R 22 относительно плохо смешивается с минеральными маслами, используемыми для смазки компрессоров, что ухудшает эксплуатационные характеристики оборудования Не способствует повышению энергетической эффективности устройств, заправленных известной рабочей смесью, существенное различие молекулярных масс входящих в нее компонентов Так, молекулярная масса R 22 составляет 86,5, а R 152а 66,1 Смесь таких газов, движущаяся через сужение или капилляр в соответствии со вторым законом Фика, разделяется по компонентам с коэффициентом пропорциональным M-i/IVb где Mi и Мг молекулярные массы компонентов Причем более легкий компонент после прохода сужения обогащается, а более тяжелый обедняется Следствием этого является возникновение в замкнутом газовом цикле зон различных концентраций, отличных от исходной В результате устройство, использующее такую смесь, теряет свойство устойчивости рабочих параметров из-за периодического изменения состава компонентов рабочей смеси, что обуславливает нарушение работы конденсатора, неустойчивую работу испарителя и в конечном итоге приводит к увеличению энергопотребления Наиболее близким по максимальному количе ству существенных признаков к предложенному техническому решению является рабочая смесь для холодильных машин, содержащая дифторэтан и изобутан (заявка РСТ № 93/15161, С 09 К 5/04, 1993) Известная рабочая смесь включает также хлордифторэтан при следующем соотношении компонентов, мае % дифторэтан 2 - 20, изобутан 2 - 20, хлордифторметан 50 - 70 Известная рабочая смесь обладает достаточно высокими энергетическими характеристиками Вместе с тем известная рабочая смесь, также как и смесь, известная из заявки Великобритании № 2228739, не является азеотропной, что отрицательно сказывается на производительности операций по заправке хладагентов в агрегат в условиях массового производства, а также усложняет эксплуатацию холодильного оборудования Кроме того, хлордифторметан обладает значительным озоноповреждающим потенциалом В основу изобретения положено решение задачи по разработке рабочей смеси для холодильных машин, включающей дифторэтан и изобутан, обеспечивающей лучшую озонобезопасность, повышение энергетической эффективности и эксплуатационной надежности холодильных машин Техническим результатом изобретения является снижение озоноповреждающего потенциала рабочей смеси для холодильных машин, содержащей дифторэтан и изобутан, и повышение холодильного коэффициента Поставленная задача решается тем, что рабочая смесь для холодильных машин, включающая дифторэтан и изобутан, содержит компоненты в следующих соотношениях, мае % дифторэтан 60 - 72, изобутан 28 - 40 Исключение из компонентов рабочей смеси хлордифторметана обеспечивает для смеси нулевое значение озоноповреждающего потенциала Кроме того, как показали расчетноэкспериментальные исследования, величина холодильного коэффициента цикла для заявленного диапазона содержания компонентов превышает значение холодильного коэффициента такого эффективного хладагента, как R 12 На фиг 1 изображен график изменения давления рабочей смеси в зависимости от концентрации R 152а при температуре 313.5К, на фиг 2 график изменения давления рабочей смеси в зависимости от концентрации R 152а при температуре 253,15К В результате исследований установлено, что в предложенном изобретении диапазоне количественного содержания компонентов рабочая смесь имеет характер азеотропной равнокипящей смеси Об этом свидетельствуют, в частности, графики, демонстрирующие изменение давления рабочей смеси в зависимости от содержания R 152а Как следует из графиков, в диапазоне содержания дифторэтана от 60 до 75 мае при температурах, отличающихся на 50°К, давление рабочей смеси остается практически неизменным, что свидетельствует об отсутствии границы между жидкой и газообразной фазой и подтверждает азеотропний характер смеси Пример Перед заправкой в холодильную ма 47402 шину смесь выбранного количественного состава приготавливают в отдельной емкости весовым способом При приготовлении 1кг смеси в баллон с ЗООг изобутана R 600а, переливают из другого баллона, который предварительно был подсоединен к 1 баллону, 700г фреона (R 152а) Доза заправки холодильника определяется по изменению веса баллона со смесью R 152a/R 600а, подсоединенного к всасывающей магистрали компрессора холодильного агрегата холодильника Для холодильника "Бирюса-22" доза заправки смеси R 152a/R 600a составляет 80г Заправочный патрубок холодильного агрегата через тройник подсоединяется к баллону со смесью и к вакуумному насосу Для удаления посторонних газов холодильный агрегат предварительно вакуумируют, баллон со смесью при этом закрыт После откачки посторонних газов производят заправку холодильника смесью при включенном компрессоре Смесь в газообразном виде закачивают в холодильный агрегат Баллон находится на весах После изменения веса баллона на 80г заправка прекращается Оптимальная доза заправки каждого типа холодильного агрегата выбирается с учетом минимального суточного энергопотребления В табл 1 приведены данные, характеризующие суточное энергопотребление холодильника "Бирюса-22" при работе на предложенной рабочей смеси при соотношении концентраций R 152a/R 600а 70 - 30, а также при использовании в качестве хладагентов R134a и R12 Как следует из табл1, суточное энергопотребление холодильника при использовании в качестве хладагента R 12 и R 134а выше, чем у предложенной рабочей смеси на основе дифторэтана В табл 2 представлены расчетноисследовательские данные по величине холодильного коэффициента цикла для предложенной смеси R 152a/R 600a в сравнении с холодильным коэффициентом R 12 Значения холодильного коэффициента с даны при t K m -20°C, tK0Hfl 55°C и температуры перед КОМПреССОрОМ tK0Hn 3 2 ° С В табл 3 приведены данные калориметрических испытаний компрессора ХКВ-6 для трех конкретных составов предложенной рабочей смеси в сравнении с хладагентами R 12, R 152а и R 600а Испытания проводились при условиях, идентичных условиям, при которых исследовалось поведение холодильного коэффициента Как следует из табл 2 и 3, в диапазоне концентраций R 152а от 60 до 75 мае и R 600а от 25 до 40 мае наблюдается увеличение холодильного коэффициента Таким образом, при прибавлении к дифторэтану изобутана образуется смесь двух взаиморастворимых компонентов с близкими молекулярными весами, имеющая озоноповреждающий потенциал, равный нулю и по энергетической эффективности в широком диапазоне концентраций компонентов, практически равная R 12 В заявленном диапазоне концентраций предложенная рабочая смесь имеет азеотропний характер и обеспечивает достижение величины холодильного коэффициента, превышающего холодильный коэффициент R 12 и, соответственно, прототипа Предложенная рабочая смесь может найти применение в среднетемпературных холодильных агрегатах и кондиционерах, в том числе в автомобильных и тепловых насосах При этом смесь можно использовать в существующих холодильных агрегатах без их существенных конструктивных изменений Таблица 1 Рабочее тело R134a R12 R152a/R 600а 110 120 -18,1 -18,2 + 2,0 + 2,3 Суточное энергопотребление, квт ч/сутки 2,0 1,8 80 -18,1 + 2,2 1,75 Доза за- Температура в низкотемпе- Температура в высокотемпеправки, г ратурном теплообменнике, С ратурном теплообменнике, С Таблица 2 Содержание компонентов в смеси, мае %, R 152а/R 600а 50/50 55/45 60/40 65/35 70/30 75/25 80/20 R12 Холодильный коэффициент s Отношение s (смеси) / s (R12) 0,846 0,852 0,858 0,861 0,861 0,857 0,847 0,855 0,99 0,99 1,00 1,01 1,01 1,01 0,99 1,00 Таблица 3 47402 Состав смеси Показатели Давление в испарителе Р к и п (ата) Давление в конденсаторе РК0Нд (ата) Хладопроизводительность Qo (вТ) Удельная хладопроизводителъность R12 R152a 1,53 14,5 173 1,15 1,24 13,7 145 1,0 0,73 7,85 84 0,9 Ї, р, МРа R 1 5 2 а / R 600a 50/50 70/30 90/10 1,18 1,55 1,3 13,8 14,6 14,4 148 180 153 1,02 1,2 1,04 R600a МРз О 16 ! 00 / 0 20 Гао R152Q, V ООО Ъ О ПТ'ТТ|-І-Т-.-ГПТП'ІТП-ЇЧЛ' 20 40 Фиг1 60 Фиг2 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 80 R152a, V