BE1008241A0 - Melange pseudo-azeotropique de chlorodifluoromethane, de 1,1,1-trifluoroethane et de pentafluoroethane, et son application comme fluide frigorigene en refrigeration basse temperature. - Google Patents

Melange pseudo-azeotropique de chlorodifluoromethane, de 1,1,1-trifluoroethane et de pentafluoroethane, et son application comme fluide frigorigene en refrigeration basse temperature. Download PDF

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Abstract

Pour remplacer le mélange azéotropique de chlorodifluorométhane et de chloropentafluorométhane (R-502) en réfrigération basse température, l'invention propose d'utiliser un mélange pseudo-azéotropique contenant en masse 45 à 50 % de chlorodifluorométhane, 44 à 48 % de 1,1,1-trifluoroéthane et 6 à 8 % de pentafluoroéthane. Les propriétés thermodynamiques de ce mélange sont très proches de celles du mélange R-502.

Description

MELANGE PSEUDO-AZEOTROPIQUE DE CHLORODIFLUOROMETHANE.
DE 1.1,1-TRIFLUOROETHANE ET DE PENTAFLUOROETHANE.
ET SON APPLICATION COMME FLUIDE FRIGORIGENE EN REFRIGERATION BASSE TEMPERATURE
La présente invention concerne le domaine de la réfrigération et a plus particulièrement pour objet un mélange pseudo-azéotropique de composés à bas point d'ébullition, n'ayant pas ou peu d’action sur l'environnement et utilisable comme fluide frigorigène dans les systèmes de réfrigération basse température.
Dans ces systèmes exploités en réfrigération commerciale ou industrielle, on opère selon un cycle thermodynamique défini généralement par une température d'évaporation comprise entre -35 et -45°C (le plus souvent -40°C), une température de condensation comprise entre +30 et +55°C, et une surchauffe des vapeurs d'au moins 10°C.
Le fluide frigorigène couramment utilisé en réfrigération basse température est le mélange azéotropique (appelé R-502) de chlorodifluorométhane et de chloro-pentafluoroéthane. Or, à cause de son coefficient important d'action sur l'ozone, le R-502 doit être remplacé par des fluides frigorigènes ne contenant plus de chloro-fluorocarbures (CFC) tels que le chloropentafluoroéthane (CFC 115).
Pour remplacer le R-502 dans les installations de réfrigération basse température existantes, le substitut doit présenter des propriétés thermodynamiques, en particulier des pressions de fonctionnement, un coefficient de performance (COP) et une capacité frigorifique, aussi proches que possible de celles du R-502. De plus, le substitut doit être ininflammable et le rester en cas de fuite en phase vapeur, même dans le cas le plus défavorable (fuite à basse température).
On a déjà proposé de remplacer le R-502 par des mélanges pseudo-azéotropiques de pentafluoroéthane (HFC 125), de 1,1,1 -trifluoroéthane (HFC 143a) et de chlorodifluorométhane (HCFC 22). Ainsi, dans le brevet US 4 943 388, on a préconisé l'emploi de mélanges constitués de 13 à 86 % en masse de HFC 125, 7 à 57% de HFC 143a et 7 à 80% de HCFC 22, et décrit plus particulièrement (Exemple 3) un mélange contenant 14 % de HFC 125, 52 % de HFC 143a et 34 % de HCFC 22. Dans la demande de brevet WO 92/01762 on a proposé l'emploi de mélanges constitués de 5 à 30 % en poids de HFC 125. 30 à 60 % de HFC 143a et 30 à 55 % de HCFC 22, et décrit plus particulièrement (Exemple 2) un mélange contenant 20 % de HFC 125, 35 % de HFC 143a et 45 % de HCFC 22. Ce dernier mélange et celui décrit dans le brevet US précité présentent des propriétés thermodynamiques (COP et capacité) très proches de celles du R-502.
Il a maintenant été trouvé qu'on peut encore mieux s'approcher des propriétés du R-502 en utilisant un mélange contenant en masse 45 à 50 % de HCFC 22, 44 à 48 % de HFC 143a et 6 à 8 % de HFC 125. Le mélange selon l'invention possède un coefficient d'action sur l'ozone presque nul et un effet de serre plus faible que celui du R-502. Il présente d'autre part un comportement pseudo-azéotropique, ce qui minimise les problèmes de distillation dans le circuit et de maintenance. Enfin, le mélange selon l'invention est ininflammable à température ambiante ou élevée (100°C) et le reste même en cas de fuite à basse température (-40°C).
Les exemples suivants illustrent l’invention sans la limiter.
EXEMPLE 1
Cet exemple montre que le mélange HCFC 22/HFC 125/HFC 143a selon l'invention ne subit qu'une très faible distillation en cas d'une fuite de la phase vapeur.
La température a été maintenue constante à 25 °C. Le récipient est initialement chargé avec un mélange contenant 47 % de HCFC 22, 7 % de HFC 125 et 46 % de HFC 143a (ci-après composition C-|).
La fuite en phase vapeur est poursuivie jusqu'à ce que plus de 80 % de la charge initiale soit dissipée. Durant l'expérience, des échantillons de la phase gaz sont collectés et analysés par les moyens standard de chromatographie phase gaz. Les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau I suivant.
TABLEAU I
MosesaBSB^BaB
Figure BE1008241A0D00031
En opérant de la même façon, mais à -40’C, on a obtenu les résultats résumés dans le tableau II suivant.
TABLEAU II
Figure BE1008241A0D00041
Ces données montrent qu'une perte de près de 80 % de la charge initiale en poids ne modifie que faiblement la composition du mélange.
D'autre part, les limites d'inflammabilité dans l'air de différents mélanges binaires et ternaires de HCFC22, HFC 125 et HFC 143a ont été déterminées suivant la méthode ASTME-681. Qu'il s'agisse des mélanges binaires HCFC 22/HFC 143a et HFC 143a/HFC 125 ou des mélanges ternaires HCFC 22/HFC 125/HFC 143a et quelle que soit la proportion respective de HCFC 22 et HFC 143a, la limite d'inflammabilité dans l'air à température ambiante des différents mélanges correspond à une teneur maximale en masse de 63 % en HFC 143a.
De la même manière, les limites d'inflammabilité ont été déterminées à 100eC et correspondent respectivement à des teneurs maximales en 143a de 58 % pour le mélange 125/143a et de 52,5 % pour le mélange 22/143a.
Le mélange ternaire selon l’invention est donc ininflammable à température ambiante ou élevée (100°C) et le reste même lors d'une fuite de vapeur puisque, comme le montre les tableaux I et II, la teneur maximale observée en HFC 143a n'est que de 50,51 %.
EXEMPLE 2
Cet exemple montre que la tension de vapeur du mélange pseudo-azéotropique selon l'invention est proche de celle du R-502 et ce sur une large gamme de température.
Le tableau III rassemble les données de bulle et de rosée pour un mélange correspondant à la composition C-|.
Les écarts très faibles (< 0,2 bar) entre la pression de bulle et de rosée montrent que le mélange peut être considéré comme pseudo-azéotropique.
TABLEAU III
Figure BE1008241A0D00051
EXEMPLE 3
Les performances thermodynamiques de la composition C-| selon l’invention ont été comparées à celles du R-502 et des mélanges décrits à l'exemple 2 du document WO 92/01762 (composition C2) et à l'exemple 3 du document US 4 943 388 (composition C3), pour un cycle thermodynamique standard défini comme suit :
Température de condensation + 55°C
Température d'évaporation -40eC
Température à l'entrée du compresseur +18°C
Les résultats sont résumés dans le tableau IV.
TABLEAU IV
Figure BE1008241A0D00061
Π Valeurs rapportées au R-502
La composition C-\ permet d'obtenir les mêmes performances thermodynamiques (COP et capacité) que celles du R-502 dans une installation existante sans engendrer de modifications au niveau des pressions de fonctionnement. De plus, la composition Ci permet de réduire la charge utile en fluide frigorigène d'environ 27 % en masse.

Claims (3)

1. Mélange pseudo-azéotropique contenant en masse 45 à 50 % de chlo-rodifluorométhane, 44 à 48 % de 1,1,1-trifluoroéthane et 6 à 8 % de pentafluoroé-thane.
2. Mélange selon la revendication 1 contenant en masse 47 % de chlorodi-fluorométhane, 46 % de 1,1,1-trifluoroéthane et 7 % de pentafluoroéthane .
3. Utilisation d'un mélange selon la revendication 1 ou 2 comme fluide frigo-rigène en réfrigération basse température.
BE9500370A 1995-02-17 1995-04-21 Melange pseudo-azeotropique de chlorodifluoromethane, de 1,1,1-trifluoroethane et de pentafluoroethane, et son application comme fluide frigorigene en refrigeration basse temperature. BE1008241A0 (fr)

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