Хладагентна композиція для використання у холодильній установці та спосіб охолодження
Номер патенту: 41390
Опубліковано: 17.09.2001
Автори: Подчернієв Олег, Юдін Боріс В., Боярський Міхаіл, Стівенсон Річард
Формула / Реферат
1. Хладагентная композиция для использования в холодильной установке, состоящая из смеси
(I) 43-83 мол.% тетрафторэтана (R-134а);
(II) 10-50 мол.% монохлортетрафторэтана (R-124) и
(III) 4-11 мол.% н-бутана.
2. Композиция по п. 1, включающая
(I) 61-65 мол.% R-134а;
(II) 28-32 мол.% R-124 и
(IIІ) 5-9 мол.% н-бутана.
3. Композиция по п. 1, включающая
(I)53-57 мол.% R-134а;
(II) 35-39 мол.% R-124 и
(IIІ) 6-10 мол.% н-бутана.
4. Композиция по п. 1, дополнительно включающая по меньшей мере один добавочный компонент, выбранный из группы, состоящей из SF6, R-125, пропана, R-218, R-318 и R-123.
5. Композиция по п. 1, дополнительно включающая по меньшей мере один добавочный компонент, выбранный из группы, состоящей из R-142b и R-152а.
6. Способ охлаждения, включающий сжатие и конденсацию хладагентной композиции, которая состоит из смеси
(I) 43-83 мол.% тетрафторэтана (R-134a);
(II) 10-50 мол.% монохлортетрафторэтана (R-124) и
(III) 4-11 мол.% н-бутана.
Текст
1. Хладагентная композиция для использования в холодильной установке, состоящая из смеси (I) 43-83 мол.% тетрафторэтана (R-134а); (II)10-50 мол.% монохлортетрафторэтана (R-124) и (III) 4-11 мол.% н-бутана. C2 (54) ХЛАДАГЕНТНА КОМПОЗИЦІЯ ДЛЯ ВИКОРИСТАННЯ У ХОЛОДИЛЬНІЙ УСТАНОВЦІ ТА СПОСІБ ОХОЛОДЖЕННЯ 41390 вующих автомобилей из-за введения ограничений на R-12 потребуется такая модернизация. Хорошо продуманные расчеты предсказывают необходимость дорогостоящей модернизации при конверсии систем кондиционирования воздуха с целью сделать их совместимыми с R-134A. Были предприняты значительные усилия для создания заменителя R-12, чтобы сделать возможным использование существующих автомобильных систем кондиционирования воздуха без необходимости дорогостоящей их модернизации. Одним из типов хладагента, который привлек к себе большое внимание, являются углеводороды, прежде всего пропан. Хотя пропан обладает многими полезными термодинамическими свойствами, благодаря которым он, вероятно, мог бы служить заменителем R-12, однако его горючесть, к сожалению, служит препятствием для его непосредственного использования. По этой причине было предложено совмещать различные углеводороды с другими компонентами с целью получить адекватную смесь для замены R-12. В общем углеводородные смеси обладают превосходными термодинамическими свойствами для их использования в качестве заменителя R12, а также других хладагентов, применение которых запрещено. Однако при испытании на горючесть существуют многочисленные очень жесткие стандарты и для выполнения требований некоторых из наиболее ограничивающих стандартов на горючесть необходимо существенно ограничить содержание углеводородов даже несмотря на то, что это может ухудшить термодинамические свойства. Кроме того, при разработке конкретной смеси следует учитывать дополнительные факторы и ограничивающие условия. В частности, необходимо соблюдение условий экологической безвредности, включая достаточно низкий озоноразрушающий потенциал, а также достаточно низкий потенциал парникового эффекта. Более того, в конечном итоге должна быть обеспечена низкая токсичность. Существуют также дополнительные ограничивающие условия, которые необходимо соблюдать, включая совместимость с материалами, чтобы получаемый хладагент не разрушал материал, из которого выполнены системы. Касательно разработки заменяющего хладагента, то одним из важнейших параметров является пенетрация в гибкие трубопроводы. Серьезной проблемой является также совместимость с маслами, поскольку масло должно составлять часть системы кондиционирования воздуха, а газовая смесь должна быть совместима с маслами, которые уже поставляются на рынок, включая некоторые синтетические алкилбензолы и сложные эфиры. Смешанный хладагент должен также быть совместим с конкретным оборудованием, которое применяют внутри холодильной установки. К эксплуатационным свойствам также предъявляются определенные требования, заключающиеся в том, что такая смесь должна обладать термодинамическими характеристиками, близкими к термодинамическим характеристикам заменяемого хладагента, а также должна обладать холодильным коэффициентом, достаточно высоким для достиже ния эффективных результатов в используемой системе. Дополнительная проблема связана с соотношением точек кипения компонентов смешанного газообразного хладагента. При применении смеси компонентов в большинстве случаев с повышением температуры компонент с самой высокой температурой кипения испаряется быстрее, а жидкая фаза проявляет тенденцию к обогащению компонентами с более низкими точками кипения. Если оставшиеся компоненты характеризуются более высокой горючестью, то даже в том случае, когда исходная композиция по своей природе негорюча, оставшаяся жидкая фаза приобретает горючие свойства. Более того, проблемой также является утечка паровой фазы, когда она проходит вблизи оборудования, которое может вызвать ее воспламенение. Таким образом, при различной скорости испарения разных компонентов необходимо избегать увеличения количества горючих компонентов после испарения некоторых из них. Вышеописанная проблема еще более усугубляется тем, что данная ситуация неприемлема для всех компонентов. Хорошо известно, что в том случае, когда компоненты связаны между собой с образованием азеотропных смесей, то выделение компонентов в той же самой последовательности, в какой они расположены в порядке понижения их точек кипения, не происходит. Наоборот, для азеотропных смесей действует обратный принцип. Таким образом, улетучивание происходит необязательно в соответствии с последовательностью температур кипения компонентов смеси в целом. И, наконец, существует ряд экономических аспектов, а именно, компоненты смеси должны быть относительно дешевы и доступны на рынке. При создании смесей для соблюдения некоторых из таких ограничений необходимо принимать компромиссные решения. Так, например, хотя углеводороды обеспечивают хорошую совместимость с маслами, им свойственна высокая горючесть. С другой стороны, фторуглероды обычно обладают антипиреновой способностью, но их применение сопряжено с проблемами совместимости с маслами. Каждый из них характеризуется собственными уникальным озоноразрушающим потенциалом и потенциалом парникового эффекта, и обычно необходимо, чтобы положение с озоновой и глобальной проблемой не становилось хуже, чем те уровни, которые приемлемы в соответствии с существующими правительственными постановлениями. Касательно бизнеса в области автомобильных кондиционеров воздуха, то предписанные испытания на горючесть являются настолько жесткими, что присутствие самого углеводорода или любого другого горючего материала должно быть строго ограничено. Следовательно, попытка создать и само создание заменителя для R-12 с целью избежать необходимости переоснастки и модернизации существующих компрессоров кондиционеров воздуха в автомобилях приобретает важное значение. До настоящего времени было дано множество рекомендаций с предложением очень большого числа смесей. Хотя некоторые из них обладают определенным набором требуемых свойств, до сих пор 2 41390 большинство из них, если не все, не выдерживают испытаний по другим показателям. Так, например, хотя многие из них обладают начальными свойствами негорючести, результаты непрерывных испытаний на горючесть в жестких условиях, которые обязательны в автомобильной промышленности, оказываются для них неудачными. Другие непригодны вследствие того, что они проникают сквозь гибкие трубопроводы. Таким образом, хотя было внесено множество предложений, до сих пор отсутствует приемлемый заменитель, который бы оказался оптимальным. Кроме того, вследствие многочисленности доступных компонентов, которые могут быть использованы в различных смешанных сочетаниях, и вследствие различия процентного содержания каждого из используемых компонентов число возможных вариантов оказывается почти бесконечным, а поиски возможности для создания оптимальной замены, которая удовлетворяет всем требованиям, является самой сложной проблемой, решение которой до сих не найдено. При создании такого смешанного заменяющего хладагента необходимо найти приемлемый компромисс между различными свойствами нового хладагента, сопоставляемого с заменяемым хладагентом. Хотя в общем такие различия должны быть минимально возможными, эти различия допустимы благодаря специфичности конструктивных решений и цели применения системы. Краткое изложение существа изобретения Таким образом, целью настоящего изобретения является создание хладагента, который может служить заменителем существующего ХФУхладагента такого типа, на применение которого вследствие экологических проблем распространяются правительственные ограничения. Другой целью настоящего изобретения является создание заменителя хладагента R-12, который обычно применяют в автомобильных системах кондиционирования воздуха. Еще одной целью настоящего изобретения, является создание смешанного хладагента, который может заменить существующий ХФУхладагент и который характеризуется экологической безвредностью, совместимостью с материалами, совместимостью с маслами, совместимостью с оборудованием, негорючестью, нетоксичностью, высоким холодильным коэффициентом и достаточно приемлемой стоимостью. Эти и другие цели, отличительные признаки и преимущества изобретения частично представлены в нижеследующем подробном описании настоящего изобретения и частично очевидны из этого описания, приведенного в сочетании с прилагаемыми чертежами, которые являются его неотъемлемой частью. Краткое описание чертежей На фиг. 1-4 представлены термодинамические графики зависимости температуры от энтальпии для 4 смешанных хладагентов в соответствии с настоящим изобретением. Описание предпочтительного варианта выполнения изобретения Согласно настоящему изобретению предлагается смешанный газообразный хладагент, который может служить заменой ХФУ-хладагентов и прежде всего может быть использован в качестве заменителя хладагента R-12. Настоящее изобретение создано с учетом того, что существует множество ограничений, которые необходимо принимать во внимание, и что ни один из индивидуальных компонентов не обладает адекватными характеристиками, которые соответствуют всем требованиям этих ограничений. В частности, такие ограничения включают ограничения по экологической безвредности, к которым относятся озоноразрушающий потенциал, потенциал общего парникового эффекта и низкая токсичность. Также необходимо принимать во внимание аспекты совместимости с материалами, чтобы не оказывать вредного воздействия на другие компоненты системы. Смешанный хладагент не должен вытекать через уплотнения и гибкие трубопроводы системы. Основное значение имеет совместимость с маслами, поскольку данный материал должен обладать способностью работать с используемыми в оборудовании маслами. Совместимость с оборудованием является еще одной проблемой, которая должна быть разрешена путем создания такой газовой смеси. Кроме того, в случае утечки одного или нескольких компонентов не должно возникать проблем с горючестью. Холодильный коэффициент готового продукта должен быть таким, чтобы термодинамические характеристики готовой газовой смеси соответствовали термодинамическим характеристикам заменяемых хладагентов и чтобы она работала эффективно. Очевидно, что коммерческие аспекты смеси должны быть такими, чтобы ее компоненты были относительно приемлемы по стоимости и доступны на рынке. Очень серьезной проблемой является проблема горючести. Хотя существуют многочисленные критерии горючести и несмотря на то, что некоторые требования могут быть удовлетворены путем сведения к минимальному количества негорючих компонентов, другие критерии оказываются более жесткими и требуют еще больших ограничений количеств негорючих компонентов. Таким образом, количество используемых углеводородов необходимо ограничить минимальны уровнем, а во многих случаях даже вовсе их исключить. Однако в этом случае теряются преимущества совместимости с маслами, которые обеспечиваются углеводородами, а также некоторые из экологических преимуществ, обеспечиваемых за счет использования углеводородов. Аналогичным образом наличие углеводородов способствует совместимости с гибкими трубопроводами. Следовательно, уменьшение количества или устранение углеводородов из смешанного хладагента как заменителя R-12 создает исключительно серьезные затруднения для соблюдения всех ограничивающих условий и одновременно с этим для достижения хороших термодинамических характеристик. Настоящее изобретение было создано после проверки очень большого числа компонентов, смешанных газообразных хладагентов и других рекомендаций для прошедших испытания хладагентов. Хотя результаты испытаний многих из них оказались успешными в отношении одного или нескольких ограничивающих условий, до сих пор 3 41390 R-134a 63% R-124 30% н-бутан 7% Термодинамические кривые для этой смеси представлены на фиг. 1. Пример 2 В данном примере представлен вариант с другим процентным содержанием тех же самых трех основных компонентов: R-134a 55% R-124 37% н-бутан 8% Термодинамические кривые для этой смеси представлены на фиг. 2. Пример 3 В данном примере представлена четырехкомпонентная смесь, включающая три основные компонента с дополнительным негорючим фторуглеродом: R-134a 53% R-124 37% н-бутан 8% R-125 2% Термодинамические кривые для этой смеси представлены на фиг. 3. Пример 4 В данном примере представлено использование трех основных компонентов с дополнительным горючим фторуглеродом: R-134a 60% R-124 25% н-бутан 5% R-142b 10% Термодинамические кривые для этой смеси представлены на фиг. 4. Испытывали многочисленные другие смеси, включавшие в вышеприведенных пределах три основных, базовых компонента и добавки, и обычно достигали довольно успешных результатов. В каждом случае вариации зависели от получаемых конкретных термодинамических характеристик и конкретного соответствия с другими ограничивающими условиями. Выше описаны предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения. Однако необходимо учесть, что в них могут быть внесены различные изменения и модификации, не выходя за объем изобретения. не найдено ни одной смеси, которая способна удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к полноценному заменителю. Тем не менее, в соответствии с настоящим изобретением создана самая уникальная смесь трех основных компонентов, в результате многочисленных испытаний которой было установлено, что эти три компонента могут удовлетворять по существу всем требованиям в отношении совместимости, которым удовлетворяет хладагент R-12. Такой путь создания уникального сочетания компонентов, которое, как было установлено после проведения многочисленных испытаний, удовлетворяет практически всем ограничивающим условиям, не считался возможным, принимая во внимание многие доступные сочетания и смеси, уже имеющиеся на рынке, а также многие сочетания и смеси, которые были проверены настоящим заявителем. В соответствии с настоящим изобретением три базовых, основных компонента, которые необходимы для создания заменителя R-12, представляют собой тетрафторэтан R-134a (C2H2F4), монохлортетрафторэтан R-124 (C2HClF4) и н-бутан. Пределы содержания каждого из этих компонентов таковы, что концентрация R-134a должна составлять 43-83 мол.%; концентрация R-124 должна составлять 10-50 мол.% и концентрация нбутана должна составлять 4-11 мол.%. Примеры дополнительных компонентов, которые могут быть использованы за счет ограничения некоторых из вышеприведенных процентных долей и добавления других, включают следующие добавки: SF6, R-125 (C2HF5), R-218 (С3Н3F5), R-318 (С4F8) и R-123 (C3HCl2F3). Все вышеперечисленные продукты являются негорючими фторуглеродами, которые могут быть использованы в качестве дополнительных компонентов. Кроме того, другие пригодные для использования горючие компоненты, хотя их горючесть существенно ниже горючести углеводородов, включают R-142b (С2Н3СlF2) и R-152a (C2H4F2). Ниже настоящее изобретение проиллюстрировано на примерах, в которых количества всех материалов выражены в молярных процентах. Пример 1 В данном примере представлена газовая смесь, составленная с использованием трех основных компонентов: 4 41390 Фиг. 1 Фиг. 2 5 41390 Фиг. 3 6 41390 Фиг. 4 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 7 41390 ___________________________________________________________ 8
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюRefrigerating fluid composition for use in refrigerating unit and method for refrigeration
Автори англійськоюYudin Boris V., Stevenson Richard, Boyarsky Mykhail, Podcherniev Oleg
Назва патенту російськоюХладагентная композиция для использования в холодильной установке и способ охлаждения
Автори російськоюЮдин Борис В., Стивенсон Ричард, Боярский Михаил, Подчерниев Олег
МПК / Мітки
МПК: C09K 5/00
Мітки: хладагентна, установці, композиція, холодильний, використання, охолодження, спосіб
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/8-41390-khladagentna-kompoziciya-dlya-vikoristannya-u-kholodilnijj-ustanovci-ta-sposib-okholodzhennya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Хладагентна композиція для використання у холодильній установці та спосіб охолодження</a>
Попередній патент: Пристрій зниження напруги
Наступний патент: Пристрій для підтримування бічної стінки установки для безперервного лиття тонких металевих виробів між циліндрами
Випадковий патент: Спосіб вирощування лабораторних популяцій видів роду trichogramma