CZ2003734A3

CZ2003734A3 - Liquid coolant for centrifugal compressors

Info

Publication number: CZ2003734A3
Application number: CZ2003734A
Authority: CZ
Inventors: Neil Andre Roberts
Original assignee: Rhodia Organique Fine Limited
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2000-09-19
Publication date: 2003-09-17
Also published as: CA2424842A1; BR0017337A; AU2000273021B2; WO2002024829A1; BR0017337B1; JP2004512393A; EP1325097A1; AU7302100A

Abstract

A liquid refrigerant composition is disclosed which comprises at least 35 % by weight of tetrafluoroethane and at least 20 % by weight of heptafluoropropane such that the sum of the concentrations of heptafluoroethane and heptafluoropropane is at least 90 % by weight of the composition.

Description

Tekuté chladivo pro odstředivé kompresoryLiquid refrigerant for centrifugal compressors

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká ehladiv. Vynález se týká zvláště ehladiv, kterých se mříže používat místo R12 v kompresních chladicích zařízeních používájících odstředivé kompresory.The invention relates to glazing agents. In particular, the invention relates to lubricants which can be used instead of R12 in compression refrigeration systems using centrifugal compressors.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Chladivá R12 (dlehlordifluormethan) se používalo po mnoho let. Avšak vzhledem ke starostem týkajících se plynů CFC, bylo snahou snížit nebo vyloučit jeho používání- Hledaly se cesty, jak nahradit R12 formulacemi, které nepoškozují životní prostředí .Refrigerant R12 (according to carbon difluoromethane) has been used for many years. However, due to concerns regarding CFCs, efforts have been made to reduce or eliminate its use. Ways have been sought to replace R12 with environmentally friendly formulations.

Jedním uhlovodíkem, kterého bylo použito s jistým úspěchem místo R12, je tetrafluorethan (R134). Je to proto, že má podobnou závislost tlak-teplota a chladicí účinnost jako R12. A skutečně v objemových kompresorech je R134 dobrou náhradou R12.One hydrocarbon that has been used with some success in place of R12 is tetrafluoroethane (R134). This is because it has a similar pressure-temperature dependence and cooling efficiency as R12. Indeed, in volumetric compressors, R134 is a good substitute for R12.

Naneštěstí není uspokojivé používat R134 místo R12 v systémech používajících odstředivé kompresory. Je to proto, že na chladivo je uplatňován přídavný požadavek v tom, že vedle podobných termodynamických vlastností, musí mít také podobné hustoty par. Zhruba závisejí hustoty par na molekulové hmotnosti. Molekulová hmotnost R12 je 121, zatímco molekulová hmotnost R134 je jenom 102. Tento rozdíl by vyžadoval změnit rozměry rotoru použitého v systému odstředivého kompresoru stejně jako jeho otáčky. Je zřejmé, že je potřeba chladivá o složení, kterého může být použito ve stávajících systémech bez úprav.Unfortunately, it is not satisfactory to use R134 instead of R12 in systems using centrifugal compressors. This is because the refrigerant is subject to the additional requirement that, in addition to similar thermodynamic properties, it must also have similar vapor densities. Roughly the vapor densities depend on the molecular weight. The molecular weight R12 is 121, while the molecular weight R134 is only 102. This difference would require changing the dimensions of the rotor used in the centrifugal compressor system as well as its speed. Obviously, there is a need for a coolant of composition that can be used in existing systems without modification.

Další komplikace, související s používáním ehladiv v od9 9 9 ·· 9 9·· · středivých kompresorech, je založena na tom, že odstředivý kompresor používá zaplaveného (flooded) výparníku, což znamená, že část chladivá zůstává tekutá během celého chladicího cyklu. Výsledkem je, že formulace tekutého prostředku, zahrnutého do systému, se obecně liší od formulace par cirkulujících v systému.Another complication related to the use of the lubricants in the centrifugal compressors is that the centrifugal compressor uses a flooded evaporator, which means that part of the refrigerant remains liquid throughout the refrigeration cycle. As a result, the formulation of the liquid composition included in the system generally differs from the formulation of the vapor circulating in the system.

Úkolem vynálezu je poskytnout chladivo, kterého může být použito v systémech s odstředivým kompresorem bez nutnosti měnit rozměry rotoru a jeho otáček- Je třeba vyvinout chladivo, kterého je možno použít ve stávajících systémech bez úprav.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a refrigerant which can be used in centrifugal compressor systems without having to change the dimensions of the rotor and its speed. It is necessary to develop a refrigerant which can be used in existing systems without modification.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Tekuté chladivo pro odstředivé kompresory spočívá podle vynálezu v tom, že obsahuje hmotnostně alespoň 35 % tetraf1uorethanu a alespoň 20 % heptafluorpropanu, přičemž hmotnostní obsah tetraf1uorethanu a heptafluorpropanu je alespoň 90 vztaženo na hmotnost chladivá jako celku.According to the invention, the liquid refrigerant for centrifugal compressors comprises at least 35% by weight of tetrafluoroethane and at least 20% by weight of heptafluoropropane, the tetrafluoroethane and heptafluoropropane being at least 90% by weight of the refrigerant as a whole.

Podle vynálezu se s překvapením zjistilo, že některé kapalné formulace R134 a R227 (heptafluorpropanu) se chovají dobře jako náhrada F12 v chladicích systémech s odstředivými kompresory. Podle vynálezu jde o tekuté chladivo, které obsahuje hmotnostně 35 % tetraf1uorethanu a hmotnostně alespoň 20 % heptafluorpropanu tak, přičemž hmotnostní obsah tetrafluorethanu a heptafluorpropanu je alespoň 90 %, vztaženo na hmotnost chladivá jako celku (1 nadále jsou procenta míněna vždy hmotnostně, pokud není vysloveně uvedeno jinak).According to the invention, it has surprisingly been found that some of the liquid formulations R134 and R227 (heptafluoropropane) behave well as a replacement for F12 in refrigeration systems with centrifugal compressors. According to the invention, it is a liquid refrigerant which contains 35% by weight of tetrafluoroethane and at least 20% by weight of heptafluoropropane so that the weight content of tetrafluoroethane and heptafluoropropane is at least 90% by weight of the refrigerant as a whole. otherwise).

Tetrafluorethan se vyskytuje ve dvou formách, jednak jako 1,1,2,2-tetrafluorethan a jednak jako 1,1,1,2-tetrafluoethan, známý jako R134a. Podle vynálezu se dává přednost této druhé f ormě.Tetrafluoroethane occurs in two forms, both as 1,1,2,2-tetrafluoroethane and as 1,1,1,2-tetrafluoroethane, known as R134a. According to the invention, this second form is preferred.

• 00 ·· ···· 00 0000 • · 0 0 · 0 0 ·· 0 • 00 ··· 0 0 0 ······ 0 0 0 0 0• 00 ·· ···· 00 0000 • 0 0 · 0 0 ·· 0 • 00 ··· 0 0 0 ······ 0 0 0 0 0

0000· 00 ·0 00 ··0000 · 00 · 0 00 ··

Podobně heptafluorpropan existuje ve dvou izomerních formách, jednak jako 1,1,1,2,3,3,3-heptafluorpropan, známý jako R227ea, kterému se dává přednost a jednak jako 1,1,1,2,2,3,3-hept-af luorpropan, známý jako R227ca.Similarly, heptafluoropropane exists in two isomeric forms, both as 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane, known as R227ea, which is preferred, and as 1,1,1,2,2,3,3 -hept-af luorpropane, known as R227ca.

Jak je uvedno shora, liší se formulace v parní fázi od formulace v tekuté fázi. Zjistilo se, že formulace obsahující 20 až 32 % R227 a odpovídajících 80 až 48 % R134a poskytuje směs, která se chová v parní fázi podobně jako R12 s kolísáním ±10 %As mentioned above, the vapor phase formulation differs from the liquid phase formulation. A formulation containing 20-32% R227 and corresponding 80-48% R134a was found to provide a mixture that behaves in the vapor phase similar to R12 with a variation of ± 10%

Chladivá podle vynálezu sestávají výhradně z R134 a R227 (jsou to binární komposice), obzvláště R134a a R227ea, mohou však být začleněna malá množství třetí složky. Každá přídavná složka, tedy třetí nebo další složka, může být obsažena ve množství do 1O %, s výhodou do 5 % a výhodněji do 2 %, vztaženo na hmotnost chladivá jako celku. Použije-li se více než jedné přídavné složky, není celkové množství těchto složek hmotnostně větší než 10 %- Jelikož je hlavním záměrem formulace zvýšit celkovou molekulovou hmotnost a tím zvýšit hustotu par, je obvyklejší nahradit trochu R134a než nahradit trochu R227. Vhodnými přídavnými složkami jsou C318 (oktafluorcyklobutan), R218 Coktafluorpropan) a R125 (pentafluorethan). Obsah R134 je obecně 80 až 35 %, s výhodou 70 až 45 % a výhodněji 50 až 60 Obsah R227 je obecně 20 až 65 výhodně 30 až 55 % a zvláště 40 až 50 %- Obzvblášt výhodná formulace sestává z 52,5 % R134a a 47,5 % R227ea- Tato výhodná formulace je založena na snaze získat formulaci, která má celkovou molekulovou hmotnost odpovídající molekulové hmotnosti R12, což je 121. Toho se dosahuje parní formulací obsahující přibližně 60 % R134a a 40 % R227ea.The refrigerants of the invention consist exclusively of R134 and R227 (these are binary compositions), in particular R134a and R227ea, but small amounts of the third component may be incorporated. Each additional component, i.e. the third or further component, may be present in an amount of up to 10%, preferably up to 5%, and more preferably up to 2%, based on the weight of the refrigerant as a whole. When more than one additional component is used, the total amount of these components is not more than 10% by weight. Since the formulation is intended to increase the total molecular weight and thereby increase the vapor density, it is more common to replace some R134a than replace some R227. Suitable additional ingredients are C318 (octafluorocyclobutane), R218 (octafluoropropane) and R125 (pentafluoroethane). The content of R134 is generally 80 to 35%, preferably 70 to 45%, and more preferably 50 to 60 The content of R227 is generally 20 to 65, preferably 30 to 55% and especially 40 to 50% - A particularly preferred formulation consists of 52.5% R134a and This preferred formulation is based on the desire to obtain a formulation having a total molecular weight corresponding to a molecular weight of R12 of 121. This is achieved with a steam formulation comprising about 60% R134a and 40% R227ea.

Jak uvedeno shora, molekulová hmotnost sama nedává úplný obraz o tom, jak se bude formulace chovat v parní fázi. Je také nutno, aby měla správnou hustotu par a srávný tlak par.As noted above, the molecular weight alone does not give a complete picture of how the formulation will behave in the vapor phase. It also needs to have the correct vapor density and proper vapor pressure.

• ·· ·· ···· ·· ···· • · · · · · · ·· · ··· · · · · · · ·· ··· · · · · · · • · · · · · · ···· • · · · · · · tt ·· ··· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ···· · · · · · · · tt ·· ··

S přihlédnutím k tomuto požadavku byly vyvinuty další vhodné formulace, které obsahují 5 45 % R227, zvláště 30 až 40 %, 42,5 až 45 %, s výhodou 35 až 42,5 % nebo 45 nebo 35 až 40 %, přičemž zbytek je R134. Obzvláště výhodná formulace obsahuje přibližně 63,3 % R134 a přibližně 36,7 % R227ea. Tyto formulace jsou levnější, jelikož R227ea je dražší než R134a.In view of this requirement, other suitable formulations have been developed which contain? 45% R227, in particular 30-40%, 42.5-45%, preferably 35-42.5% or 45 or 35-40%, the remainder being R134. A particularly preferred formulation comprises about 63.3% R134 and about 36.7% R227ea. These formulations are cheaper since R227ea is more expensive than R134a.

Vynález se týká také způsobu chlazení tělesa, který je založen na tom, že se umístí předmět do sousedství chladicího systému, který používá odstředivý kompresor, přičemž tekuté chladivo, dodávané do kompresoru, má složení podle vynálezu, a chladicího systému se začleněným odstředivým kompresorem, kde kapalina v kompresoru má složení podle vynálezu.The invention also relates to a method of cooling a body comprising placing an object adjacent to a cooling system using a centrifugal compressor, wherein the liquid refrigerant supplied to the compressor has a composition according to the invention, and a cooling system incorporating a centrifugal compressor, wherein the liquid in the compressor has a composition according to the invention.

Vynález objasňují, nijak však neomezují následující příklady praktického provedení.The invention is illustrated by the following examples.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Složení obj.% PoznámkaComposition vol% Note

Směs Mixture R134a R134a R227ea R227ea Příklad Example 1 1 52,5 52.5 47,5 47.5 Složení tekuté fáze Composition of liquid phase Příklad Example 2 2 60,0 60.0 40,0 40.0 Ko-existující parn í Co-existing steam fáze phase příkladu 1 of Example 1 Příklad Example 3 3 63,3 63.3 36,7 36.7 Složení tekuté fáze Composition of liquid phase Příklad Example 4 4 68,0 68.0 32,0 32.0 Ko-existující parní Co-existing steam fáze phase příkladu 3 of Example 3

Porovnání tlaku par nasycených kapalinComparison of vapor pressure of saturated liquids

Teplota Temperature Tlak MPa Pressure MPa ’C R12 ´C R12 Příklad 1 Příklad 2 Příklad 3 Příklad 4 Example 1 Example 2 Example 3 Example 4

-20 0,1510-20 0.1510

0,13060.1306

0,13590.1359

0,12820.1282

0,1292 • · · · · ·· · · · · · φ0.1292 ·

10 10 0,2193 0.2193 0,1922 0.1922 0,1997 0.1997 0,1940 0.1940 0,1954 0.1954 0 0 0,3089 0.3089 0,2749 0.2749 0,2853 0.2853 0,2832 0.2832 0,2852 0.2852 10 10 0,4236 0.4236 0,3833 0.3833 0,3974 0.3974 0,4010 0.4010 0,4038 0.4038 20 20 May 0,5674 0.5674 0,5226 0.5226 0,5413 0.5413 0,5528 0.5528 0,5566 0.5566 30 30 0,7446 0.7446 0,6980 0.6980 0,7224 0.7224 0,7442 0.7442 0,7493 0.7493 40 40 0,9594 0.9594 0,9152 0.9152 0,9465 0.9465 0,9813 0.9813 0,9882 0.9882

Porovnání hustoty parVapor density comparison

Teplota Temperature Hustota par kg/m³ Vapor density kg / m ³ o c O C R.12 R.12 Příklad 2 Example 2 Příklad 4 Example 4 -10 -10 12,92 12.92 11,35 11.35 11,14 11.14 0 0 17,87 17.87 16,35 16.35 16,04 16.04 10 10 24,18 24.18 22,98 22.98 22,52 22.52 20 20 May 32,13 32.13 31,62 31.62 30,97 30.97 30 30 42,07 42.07 42,81 42.81 41,90 41.90 40 40 54,42 54.42 57,23 57.23 55,99 55.99

Ch1ad i c í výkonnos tCooling performance

Teplota R12 Temperature R12 Příklad Example 2 2 °C Noc: 2 ° C kapacíta/kW capacity / kW COP BRAID kapacíta/kW COP capacity / kW COP -25 -25 0,535 0.535 1,702 1,702 0,520 0.520 1,837 1,837 -20 -20 0,734 0.734 1,983 1,983 0,704 0,704 2, 101 2, 101 -15 -15 0,981 0,981 2,322 2,322 0,934 0,934 2,428 2,428 -10 -10 1,274 1,274 2,718 2,718 1,210 1,210 2,817 2,817 - 5 - 5 1,615 1,615 3,170 3,170 1,533 1,533 3,269 3,269 0 0 2,003 2,003 3,680 3,680 1,903 1,903 3,784 3,784 5 5 2,437 2,437 4,247 4,247 2,318 2,318 4,361 4,361

• · · 4 4» 4 4 4• · · 4 4 4

4 4 4 4 4 4 · · 4 44 4 4 4 4 4 · · 4

444 4444 4444444 4444 4444

4444» 44 44 44 444444 »44 44 44 44

Jak patrno, vykazují formulace příkladu podle 2 a 4 obzvlště dobrý tlak par a hodnotu hustoty par, která je porovnatelná, nebo dokonce lepší než v případě R12, obzvláště při oAs can be seen, the formulations of Example 2 and 4 exhibit particularly good vapor pressure and a vapor density value that is comparable or even better than in the case of R12, especially at 0 ° C.

teplotách 30 až 40 C, které jsou nejdfiležitější, neboť, jsou obvyklými kondenzačními teplotamiPrůmyslová využitelnosttemperatures of 30 to 40 C, which are the most important because they are the usual condensation temperaturesIndustrial applicability

Ekologicky přijatelné tekuté chladivo pro odstředivé kompresobez nutnosti úprav jejich rotorů a změny jejich otáček obsahující hmotnostně alespoň 35 % tetrafluorethanu a alespoň 20 % heptafluorpropanu, přičemž hmotnostní obsah tetrafluorethanu a heptafluorpropanu je alespoň 90 %, vztaženo na hmotnost chladivá jako celku.Ecologically acceptable liquid refrigerant for centrifugal compressors without the need to modify their rotors and change their rotational speeds containing at least 35% tetrafluoroethane and at least 20% heptafluoropropane, the tetrafluoroethane and heptafluorpropane content being at least 90% by weight of the refrigerant as a whole.

Claims

PATENT CLAIMS

Liquid centrifugal compressor refrigerant comprising at least 35% tetrafluoroethane and at least 20% heptafluoropropane, wherein the tetrafluoroethane and heptafluorpropane content is at least 90% by weight of the refrigerant as a whole.

Liquid refrigerant according to claim 1, characterized in that it consists essentially of tetrafluoroethane and heptafluoropropane.

3. The liquid refrigerant of claim 1 wherein the tetrafluoroethane is 1,1,1,2-tetrafluoroethane.

A glazing agent according to claim 1, wherein the heptafluoropropane is 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane.

5. A liquid refrigerant as claimed in claim 1, comprising substantially 80-35% tetrafluoroethane and 20-65% heptafluoropropane by weight.

6. The liquid refrigerant of claim 5, comprising substantially 70 to 45% tetrafluoroethane and 30 to 55% heptafluoropropane.

Liquid refrigerant according to Claim 5, characterized in that it consists essentially of 60 to 50% tetrafluoroethane and 40 to 50% heptafluoropropane.

8. The liquid refrigerant of claim 1, comprising substantially 52.5% tetrafluoroethane and 47.5% heptafluoropropane by weight.

9.

The liquid refrigerant of claim 6 comprising substantially less than 45% heptafluoropropane by weight.

10. The liquid refrigerant of claim 9, comprising substantially 35 to 45% heptafluoropropane.

11. The liquid refrigerant of claim 9, comprising substantially 35 to 40% heptafluoropropane by weight.

12. A centrifugal compressor cooling system, wherein the fluid in the compressor is a liquid refrigerant according to claim 1.

13. A method of cooling a body comprising placing the article adjacent to a cooling system using a centrifugal compressor, wherein the refrigerant supplied to the compressor has the composition of claim 1-.