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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Kühlmittel,
insbesondere, aber nicht ausschließlich, für Klimaanlagen. Das System
bezieht sich insbesondere auf Kühlmittelzusammensetzungen,
die keinen nachteiligen Effekt auf die atmosphärische Ozonschicht haben und
auf Zusammensetzungen, die existierenden Kühlmitteln zugegeben werden
können,
die mit üblicherweise
bei Kühl-
und Klimaanlagensystemen verwendeten Schmiermitteln kompatibel sind.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Modifizieren
von Kühlungs-
und Klimaanlagensystemen.
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Chlorfluorkohlenstoffe
(CFCs), z.B. CFC 11 und CFC 12, sind stabil, von niedriger Toxizität und nicht entflammbar,
was zu Arbeitsbedingungen mit geringer Gefährdung führt, die bei der Kühlung und
bei Klimaanlagen verwendet werden. Bei Freisetzung dringen sie in
die Atmosphäre
ein und attackieren die Ozonschicht, welche die Umwelt vor schädigenden
Effekten ultravioletter Strahlen schützt. Das Montreal-Protokoll,
eine Internationale Umweltvereinbarung, die von über 160 Ländern unterzeichnet wurde,
verlangt eine gleitende Abschaffung von CFCs gemäß einem vereinbarten Zeitplan.
Dieser schließt
nun Hydrochlorfluorkohlenstoffe (HCFCs) ein, die auch einen schädlichen
Effekt auf die Ozonschicht haben.
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Jeglicher
Ersatz für
CFC 12 darf keine Fähigkeit
aufweisen, Ozon zu erschöpfen.
Die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung beinhaltet keine
Chloratome und folglich haben sie keinen zerstörerischen Effekt auf die Ozonschicht,
während sie
als Arbeitsfluid bei Kühlvorrichtungen
eine ähnliche
Leistung wie CFC 12 bereitstellen.
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Verschiedene
Ausdrücke
sind in der Patentliteratur verwendet worden, um Kühlmittelmischungen
zu beschreiben. Diese können
wie folgt definiert werden:
- Zeotrop: Eine Fluidmischung,
deren Dampf- und Flüssigkeitszusammensetzungen
bei einer spezifizierten Temperatur unterschiedlich sind.
- Temperaturgleiten ("temperature
glide"): Falls eine
zeotrope Flüssigkeit
bei konstantem Druck destilliert wird, steigt ihr Siedepunkt. Die Änderung
des Siedepunkts vom Anfang der Destillation bis zu dem Punkt, an
dem eine Flüssigphase
gerade verschwunden ist, wird das Temperaturgleiten genannt. Ein
Gleiten wird auch beobachtet, wenn der gesättigte Dampf eines Zeotrops
bei konstantem Druck kondensiert wird.
- Azeotrop: Eine Fluidmischung spezifizierter Zusammensetzung,
deren Dampf- und Flüssigzusammensetzungen
bei einer spezifizierten Temperatur gleich sind. Streng genommen,
kann eine Fluidmischung, die ein Azeotrop unter beispielsweise Verdampferbedingungen
ist, nicht auch ein Azeotrop unter Kondensatorbedingungen sein.
Jedoch mag die Kühlungsliteratur
eine Mischung als azeotrop beschreiben, solange sie die obige Definition
bei einer gewissen Temperatur innerhalb ihres Arbeitsbereichs erfüllt.
- Fast azeotrop: Eine Mischung, die über einen kleinen Temperaturbereich
siedet, der ein kleines Temperaturgleiten aufweist.
- Nachrüst-Kühlmittelmischung:
Eine nicht-chlorhaltige Mischung, die verwendet wird, um das Original-CFC- oder
-HCFC-Kühlmittel
vollständig
zu ersetzen.
- Streck-Kühlmittelmischung:
Eine nicht Chlor enthaltende Mischung, die während der Wartung einem CFC- oder
HCFC-Kühlmittel
zugegeben wird, das in einer Einheit verbleibt, das ein Auffüllkühlmittel
ist, um eine Leckage auszugleichen.
- Hermetischer Kompressor: Ein Kompressor, bei dem ein elektrischer
Motor im selben insgesamt verschweißten Gehäuse wie der Kompressor sitzt.
Der Motor wird durch den Kühlmitteldampf,
der zum Kompressor zurückkehrt,
gekühlt.
Die vom Motor erzeugte Wärme
wird durch den Kondensator abgeführt.
- Semi-hermetischer Kompressor: Ähnlich einem hermetischen Kompressor,
ist der Hauptunterschied, dass das Gehäuse eine verschraubte Verbindung
hat, die geöffnet
werden kann, um zu ermöglichen,
dass Motor und Kompressor gewartet werden.
- Offener Kompressor: Ein Kompressor, der von einem äußeren Motor über eine
Antriebswelle, die durch das Kompressorgehäuse hindurchgeht, angetrieben
wird. Die Motorwärme
wird direkt in die Umgebung abgegeben, nicht über den Kondensator. Dies führt zu einer
etwas effizienteren Leistung als ein hermetischer Kompressor, aber
an der Wellendichtung können
Kühlmittellecks
auftreten.
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Prozentzahlen
und Verhältnisse,
auf die sich diese Spezifikation bezieht, sind in Gewicht, wenn
nicht anders angegeben. Prozentzahlen und Verhältnisse sind auf insgesamt
100 % ausgewählt.
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EP-A-0
779 352 offenbart R134a, R125 und Butan umfassende Kühlmittelfluide.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht eine Kühlmittelzusammensetzung
aus einer Fluorkohlenwasserstoffkomponente, die aus 1,1,1,2-Tetrafluorethan (R134a)
und Pentafluorethan (R125) besteht, wobei die Gewichtsverhältnisse
von R125 und R134a im Bereich:
| R125 | 1 – 17% |
| R134a | 99 – 83 % |
liegen, und aus einem Additiv, das ausgewählt ist
aus einem gesättigten
Kohlenwasserstoff oder Mischungen derselben, die im Bereich von –5°C bis +70°C sieden,
wobei das Kohlenwasserstoffadditiv ausgewählt ist aus n-Pentan, Isopentan,
Cyclopentan und Mischungen derselben.
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Die
bevorzugten Gewichte von R125 und R134a liegen in den Bereichen
| R125 | 2 – 15 % |
| R134a | 98 – 85 % |
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Positive
Verdrängungskompressoren,
d.h. Umkehr- oder Rotationskompressoren, die in Kühlsystemen
verwendet werden, saugen kleine Mengen an Schmiermittel aus dem
Kurbelgehäuse
ein, die mit dem Kühlmitteldampf
durch die Ausstoßventile
ausgespritzt werden. Um die Kompressorschmierung aufrechtzuerhalten,
muss dieses Öl
durch den Kühlmittelstrom
in den Kreislauf gezwungen und zum Kurbelgehäuse rückgeführt werden. CFC- und HCFC-Kühlmittel
sind mit Kohlenwasserstoffölen
mischbar und transportieren daher die Öle im Kreislauf. Jedoch haben
HFC-Kühlmittel
und Kohlenwasserstoffschmiermittel niedrige Löslichkeiten in einander, so
dass eine effektive Ölrückführung nicht
auftreten mag. Das Problem ist besonders akut bei Verdampfern, wo
niedrige Temperaturen die Viskositäten von Ölen hinreichend erhöhen können, um
sie daran zu hindern, längs
der Rohrwände
transportiert zu werden. Bei CFCs und HCFCs verbleibt genügend Kühlmittel im Öl, um die
Viskositäten
so zu erniedrigen, dass das Auftreten der Ölrückführung ermöglicht ist.
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Wenn
HFCs mit Kohlenwasserstoffschmiermitteln verwendet werden, kann
die Ölrückführung durch Einführen in
das System eines Kohlenwasserstofffluids erleichtert werden, das
die folgenden Eigenschaften aufweist:
- (a) hinreichende
Löslichkeit
des Schmiermittels bei Verdampfertemperatur, um seine Viskosität zu verringern;
und
- (b) hinreichende Flüchtigkeit,
um im Kompressorkurbelgehäuse
eine Destillation aus dem heißen
Schmiermittel zu gestatten.
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Kohlenwasserstoffe
erfüllen
diese Anforderungen.
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Bevorzugte
Kohlenwasserstoffzusätze,
ausgewählt
aus der Gruppe, die besteht aus: 2-Methylpropan, 2,2-Dimethylpropan,
Butan, umfassen weiter einen Kohlenwasserstoff Hexan, 2-Methylpentan,
3-Methylpentan, 2,2-Dimethylbutan und Methylcyclopentan. Die Verwendung
von n-Pentan oder Isopentan oder Mischungen derselben wird besonders
bevorzugt.
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Bei
besonders bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung wird eine Mischung von Pentan, vorzugsweise n-Pentan,
Isopentan oder eine Mischung derselben gemeinsam mit Butan eingesetzt.
Dies stellt den Vorteil bereit, dass eine Nahe-Siede- oder fast azeotrope Mischung
erhalten werden kann, so dass die Bildung eines entflammbaren hohen
Anteils an Pentan im Falle einer Leckage, beispielsweise aus einem
Speicherzylinder, vermieden wird.
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Der
Anteil an Kohlenwasserstoffadditiv kann bis zu 10 %, vorzugsweise
1 bis 8 %, und bevorzugtererweise etwa 2 bis 4 betragen. Der Anteil
an R125 kann mit wachsenden Anteilen an Kohlenwasserstoffadditiven gesteigert
werden.
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Relative
Anteile der Pentan- und Butankomponenten können ausgewählt werden, um insgesamt 0,2 bis
5 % der Zusammensetzung, vorzugsweise 2 bis 4 %, bevorzugtererweise
3 bis 4 % zu ergeben. Ein Anteil an Pentan, vorzugsweise Isopentan
von 0,2 bis 2 %, kann zusammen mit einem entsprechenden Anteil von 4,8
bis 3 % Butan in einer Zusammensetzung verwendet werden, die insgesamt
5 Kohlenwasserstoff enthält. Bei
Zusammensetzungen mit weniger als 5 % Kohlenwasserstoff, beispielsweise
1 oder 4 %, können
relativ größere Verhältnisse
von Butan : Pentan eingesetzt werden, um die Kohlenwasserstoffanreicherung
bei Leckage zu minimieren. Entflammbarkeitsrisiken werden daher
vermindert.
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Eine
besonders bevorzugte Zusammensetzung umfasst:
| R125 | 9,5
% |
| R134a | 88,5
% |
| Pentan | 2
% |
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Eine
alternative Zusammensetzung umfasst:
| R125 | 5
% |
| Butan/Pentanmischung | 3
bis 4 % |
| R134a | Ausgleich
auf 100 % |
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Es
kann ein Verhältnis
von Pentan/Butan von 1 : 3 bis 1 : 8, vorzugsweise etwa 1 : 5 eingesetzt
werden.
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Kühlmittelzusammensetzungen
gemäß dieser
Erfindung verleihen verschiedene Vorteile. Die Anwesenheit von R125
unterdrückt
die Entflammbarkeit der Kühlmittelmischung.
Der höhere
HFC-Gehalt ermöglicht es,
der Mischung mehr Pentan zuzugeben, wodurch die Löslichkeitseigenschaften
der Mischung mit traditionellen Schmiermitteln, beispielsweise Mineral-
und Alkylbenzolölen,
vermindert wird.
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Die
vorliegende Erfindung kann eine Anzahl von Vorteilen im Vergleich
zu R12 bergen, einschließlich einem
niedrigeren intrinsischen Erderwärmungspotential
und einer niedrigeren Ausstoßtemperatur.
Die vorliegende Erfindung kann eine Anzahl von Vorteilen im Vergleich
zu reinem R134a verleihen, einschließlich größerer Mischbarkeit und einer
höheren
Kapazität
bei Kohlenwasserstoffölen
und damit einer besseren Ölrückführung.
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Die
Erfindung wird weiterhin mittels Beispielen, aber nicht in einer
beschränkenden
Bedeutung beschrieben.
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Beispiel 1
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R125/R134a/Pentan-Zusammensetzungen
wurden unter Verwendung von Standardkühlkreislaufanalyse-Techniken
evaluiert, um ihre Geeignetheit als Nachrüstung für R12 in hermetischen oder
semi-hermetischen Systemen abzuschätzen. Die für die Analyse ausgewählten Betriebsbedingungen
sind typisch für
die in Kühlsystemen
gefundenen Bedingungen. Da die Mischungen streng genommen Zeotrope
waren, wurden die Mittelpunkte ihrer Temperaturgleitungen im Verdampfer
und Kondensator gewählt,
um die Temperaturgrenzen des Kreislauf zu definieren. Die selben
Temperaturen wurden ebenfalls verwendet, um Leistungsdaten für R12 zu
erzeugen.
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Pentan
war mit 4 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der R125/R134a-Mischung,
vorhanden. Um die Berechnung zu vereinfachen, wurde dieser kleine
Anteil an Pentan außen
vorgelassen. Es wurden Zusammensetzungen, die 1 und 15 % R125 enthielten,
erwogen.
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Die
folgenden Zyklusbedingungen wurden in der Analyse verwendet: VERDAMPFER
| Mittelpunktfluidverdampfungstemperatur | 7,0°C |
| Überhitzung | 5,0°C |
| Saugleitungsdruckabfall
(bei Sättigungstemperatur) | 1,5°C |
KONDENSATOR
| Mittelpunktfluidkondensationstemperatur | 45,0°C |
| Unterkühlung | 5,0°C |
| Ausgabeleitungsdruckabfall
(bei Sättigungstemperatur) | 1,5°C |
FLÜSSIGLEITUNG/SAUGLEITUNG-WÄRMETAUSCHER
KOMPRESSOR
| Elektrische
Motoreffizienz | 0,85 |
| Isentropischer
Wirkungsgrad des Kompressors | 0,7 |
| Volumetrischer
Wirkungsgrad des Kompressors | 0,82 |
PARASITÄRE LEISTUNG
| Innengebläse | 0,3
kW |
| Außengebläse | 0,4
kW |
| Steuerung | 0,1
kW |
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Die
Ergebnisse des Analysierens der Leistung einer Klimaanlageneinheit
unter Verwendung dieser Betriebsbedingungen sind in Tabelle 1 gezeigt
und die Schlüsselparameter
sind in Diagramm 1 aufgezeichnet.
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Alle
Mischungen haben eine niedrigere Ausstoßtemperatur als R12 und erfüllen daher
die Anforderungen dieser Spezifikation diesbezüglich.
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Die
COPs (System) betragen nicht weniger als 97 % derjenigen von R12.
Die Kühlkapazitäten aller Zusammensetzungen
sind größer als
90 % derjenigen von R12 über
den gesamten Verdünnungsbereich.
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Zusammensetzungen,
die 3 % oder mehr R125 enthalten, haben Kapazitäten größer als 95 % derjenigen von
R12. Zusammensetzungen, die 12 % oder mehr an R125 enthalten, haben
Kapazitäten
größer als diejenige
von R12.
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Die
Ausstoßdrücke überschreiten
bei allen Zusammensetzungen diejenigen von R12 um nicht mehr als
2 bar.
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Alle
Zusammensetzungen, die aus R134a, R125 und einem gesättigten
Kohlenwasserstoff bestehen, der ausgewählt ist aus n-Pentan, Isopentan,
Cyclopentan und Mischungen derselben, erfüllen die Anforderungen dieser
Erfindung. Zusammensetzungen mit 9 bis 13 % R125 sind besonders
vielversprechend und stellen einen guten Kompromiss zwischen Ausstoßdruck und
Kapazität
dar.
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Beispiel 2
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R125/R134a/Pentan-Zusammensetzungen
wurden unter Verwendung von Standardkühlkreislaufanalyse-Techniken
evaluiert, um ihre Geeignetheit als Nachrüstung für R12 in mobilen Klimaanlagen
(MAC) abzuschätzen.
Die für
die Analyse ausgewählten
Betriebsbedingungen sind typisch für die in MAC-Systemen gefundenen
Bedingungen. Da die Mischungen streng genommen Zeotrope waren, wurden
die Mittelpunkte ihrer Temperaturgleitungen im Verdampfer und Kondensator
gewählt,
um die Temperaturgrenzen des Kreislauf zu definieren. Die selben
Temperaturen wurden ebenfalls verwendet, um Leistungsdaten für R12 zu
erzeugen.
-
Pentan
war mit 4 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der R125/R134a-Mischung,
vorhanden. Um die Berechnung zu vereinfachen, wurde dieser kleine
Anteil an Pentan außen
vorgelassen. Es wurden Zusammensetzungen, die 1 und 17 % R125 enthielten,
erwogen.
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Die
folgenden Zyklusbedingungen wurden in der Analyse verwendet: VERDAMPFER
| Mittelpunktfluidverdampfungstemperatur | 7,0°C |
| Überhitzung | 5,0°C |
| Saugleitungsdruckabfall
(bei Sättigungstemperatur) | 1,5°C |
KONDENSATOR
| Mittelpunktfluidkondensationstemperatur | 60,0°C |
| Unterkühlung | 5,0°C |
| Ausgabeleitungsdruckabfall
(bei Sättigungstemperatur) | 1,5°C |
KOMPRESSOR
| Isentropischer
Wirkungsgrad des Kompressors | 0,7 |
| Volumetrischer
Wirkungsgrad des Kompressors | 0,82 |
PARASITÄRE LEISTUNG
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Die
Ergebnisse des Analysierens der Leistung einer Klimaanlageneinheit
unter Verwendung dieser Betriebsbedingungen sind in Tabelle 2 gezeigt
und die Schlüsselparameter
sind in Diagramm 2 aufgezeichnet.
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Alle
Mischungen haben eine niedrigere Ausstoßtemperatur als R12 und erfüllen daher
die Anforderungen dieser Spezifikation diesbezüglich.
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Die
Kühlkapazitäten aller
dieser Zusammensetzungen sind größer als
diejenige von R12 über
den gesamten Bereich.
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Zusammensetzungen,
die bis 3 % R125 enthalten, haben Ausstoßdrücke, die denjenigen von R12
um nicht mehr als 2 bar übersteigen.
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Für hohe Kapazitäten bei
Ausrüstung,
die höheren
Drücken
widerstehen können,
werden 5 bis 17 % R125 bevorzugt und besonders bevorzugt sind 10
bis 17 %.
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Falls
der Maximaldruck wichtig ist, werden Mischungen, die 0 bis 3 % 125
enthalten, bevorzugt, welche die Kapazität verstärken, aber nicht den Druck
von R12 um mehr als 2 bar übersteigen.
Diese Mischungen sind fast azeotrop.
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Beispiel 3 (Vergleichsbeispiel)
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R12
und verschiedene R134a/Pentan-Zusammensetzungen wurden in einem
typischen Kühlsystem evaluiert,
um (a) die minimale Menge an benötigtem
Pentan in R134a, um richtige Ölrückführung unter
Verwendung von Mineralöl
im typischen bei Mittel- oder Hochtemperaturanwendungen arbeitenden
Kühlsystem bereitzustellen
und (b) abzuschätzen,
ob die sich ergebende Mischung Leistungskoeffizienten und Drücke und Temperaturen ähnlich einem
mit R12 betriebenen System bereitstellt.
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Das
verwendete Kühlsystem
umfasste einen 0,37 kW Modell DA05H1AAN luftgekühlten hermetischen Compressor
vom Typ Danfoss mit einer Konstruktionsverdampfungstemperatur von –6°C bis +10°C und einer Kapazität von 967
W bis 1861 W/h. Die Einheit wurde mit einem Röhre-in-der- Röhre-Verdampfer
versehen, und es wurde ein Ölsichtglas
am Kompressor angebracht. Das System wurde mit 3 G Öl (Viskosität: 150)
befüllt
und wurde als Kondensatorsystem betrieben, um R22-Dampf aus dem oberen
Teil eines erhitzten Zylinders zu kondensieren. Der Kondensatfluss
erfolgte durch Schwerkraft vom Verdampfer/Kondensator zu einem zweiten
unbeheizten Zylinder. Die Systemkapazität wurde durch das Gewicht von
während
eines festen Zeitraums kondensiertem R22 bestimmt.
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Der
Fluss von R22-Dampf zum Verdampfer/Kondensator wurde manuell beschränkt, um
verschiedene Lastbedingungen einzustellen. Alle Druck-, Temperaturkapazitäts- und
Stromstärkeablesungen
wurden stündlich
genommen und über
einen Zeitraum von 6 bis 8 Stunden gemittelt. Eine Verbindung auf
der Ausstoßleitung und
dem Verdampfereinlass erleichterte die Probenentnahme und gestattete
das Zufügen
von abgestuften Mengen von Pentan zum System.
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Das
System wurde mit 3 Gs Öl
(Viskosität:
150) beladen. Das System wurde als ein Kondensatorsystem betrieben,
um R22-Dämpfe oben
in einem erhitzten Zylinder zu kondensieren und das Kondensat floss durch
Schwerkraft aus dem Verdampfer/Kondensator zu einem zweiten unbeheizten
Zylinder. Die Systemkapazität
wurde durch das Gewicht von während
eines festen Zeitraums kondensierten R22 bestimmt. Der Fluss von
R22-Dampf zum Verdampfer/Kondensator wurde manuell beschränkt, um
verschiedene Lastbedingungen einzustellen.
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In
Stadium 1 des Versuchs wurde das System anfangs mit einer Beladung
von 1,2 kg R12 betrieben. Die folgenden Daten wurden überwacht
und aufgezeichnet – Spannung,
Stromstärke,
Saugdruck, Saugtemperatur, Ausstoßdruck, Ausstoßtemperatur,
Flüssigleitungstemperatur,
Verdampfertemperatur, Umgebungstemperatur, Ölpegel, Quellen- und Aufnahmezylinder-Temperaturen und
Prozessraten in kg/m. Die Daten wurden stündlich gemessen und über einen
Zeitraum von 18 Stunden gemittelt. Während dieser Zeit wurden die Verdampfertemperaturen
durch Begrenzen des Einlasses von Spülgas gesteuert und über einen
Bereich von Temperaturen zwischen –34°C und –6°C überwacht.
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In
Stadium 2 des Versuches wurde das gesamte R12 aus dem System entfernt,
was das Öl
am Ort ließ.
Dies wurde dann mit R134a bei ungefähr 90 Gew.-% der ursprünglichen
R12-Befüllung
ersetzt. Der Ölpegel
wurde wieder aufgezeichnet. Das Kühlsystem wurde dann für mehrere
Tage betrieben und die obigen Daten in stündlichen Intervallen aufgezeichnet.
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Es
wurde bemerkt, dass sich nach vielen Tagen Betrieb bei verschiedenen
Lastbedingungen der Ölpegel
im Kompressor sich nicht veränderte.
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Dann
wurden dem System 15 m Saugleitung hinzugefügt, wieder ohne eine Änderung
im Ölpegel.
Die Ölrückführung wurde
dann gehemmt und nach mehreren Tag Betrieb fiel der Ölpegel um
ungefähr
10 mm.
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Dem
R134a wurde Pentan bis zu einem Maximum von 2 Gew.-% der Originalfüllung zugegeben.
Nach ungefähr
18 Stunden stieg der Ölpegel
um ungefähr
6 mm.
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Zusätzliche
Mengen an Pentan wurden später
bis zu einem Maximum von 6 % der ursprünglichen Kühlmittelbefüllung zugegeben, mit kleineren
Anstiegen bei dem beobachten Ölpegel
mit jeder Zugabe von Pentan.
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Unter
Bezugnahme auf Tabelle 3 können
die folgenden Beobachtungen in Bezug auf Stadium 2 des Versuchs
(im Vergleich zu Stadium 1) gemacht werden.
- (a)
Die Ölrückführung wurde
bei Zugabe von Pentan verbessert;
- (b) die Kapazitäten
waren unter allen Lastbedingungen etwas höher;
- (c) der Energieverbrauch war unter allen Lastbedingungen etwas
niedriger;
- (d) die Ausstoßdrücke waren
im Durchschnitt etwas höher;
- (e) die Saugdrücke
waren im Durchschnitt ähnlich;
- (f) die Ausstoßtemperaturen
waren im Durchschnitt etwas höher;
- (g) die Saugtemperaturen waren im Durchschnitt beachtlich höher; und
- (h) es gab keinen ersichtlichen negativen Einfluss auf den Systembetrieb
oder die Komponenten.
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Es
wurde angemerkt, dass die Mischung bei Konzentrationen von 10 %
oder mehr an Pentan entflammbar wurden, basierend auf einem offenen
Flammtest und Prozentzahlen, wie durch Gaschromatgraphie-Flächenprozent
bestimmt.
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Die
Fraktionierung der Mischung war evident, wobei die Prozentzahlen
von 1 % bis 20 % Pentan oder einer Mischung von 6 Gew.-% variierten.
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Es
wird angenommen, dass das Pentan während des Aus-Zyklus im Kompressorkurbelwellengehäuseöl konzentriert
worden sein könnte.
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Es
mag gefolgert werden, dass eine Mischung aus R134a plus 2 % Pentan,
die als Austauschersatz installiert worden ist, Ölrückführung und gleiche oder bessere
Kapazität
und höhere
Effizienz für
ein Mittel- oder Hochtemperatur R12-Handelssystem ohne unmittelbare negative
Effekte auf die Ausrüstung
oder den Betrieb bereitstellte. Mischungen mit mehr als 2 % Pentan
könnten
unter gewissen Bedingungen bis zum Flammpunkt fraktionieren. Systeme
mit großen
Kühlmittelölbefüllungen
und relativ kleinen Kompressorkurbelölgehäusebefüllungen könnten für eine Kompressorbeschädigung anfällig sein,
falls der Pentangehalt im Öl Konzentrationen
erreichte, welche die Schmierfähigkeit
des Öls
beeinträchtigen
würde oder
ein Schäumen
des Öls
beim Einschalten nach ausgedehnten Abschaltperioden verursachen
könnte.
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Beispiel 4
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R12
und verschiedene R134a/Pentan-Mischungen wurden unter Verwendung
einer Kraftfahrzeugklimaanlage evaluiert, um zu bestimmen, ob die
für kommerzielle
Kühlsysteme
best-geeignete Mischung, auf die im vorherigen Beispiel Bezug genommen
wurde, auch als ein Ersatzaustausch für R12 in Kraftfahrzeugklimaanlagen
verwendet werden könnte.
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Die
Klimaanlage war diejenige eines Chrysler Mini Van, Baujahr 1990,
mit einem 3,3 Liter Motor. Die bestehende Befüllung von R12 in der Klimaanlage
wurde aufgefangen und das System auf einen Druck von 300 μm evakuiert.
Es wurde dann mit 0,82 kg R12 wiederbefüllt, wie vom Fahrzeughersteller
empfohlen. Schließlich
wurden Temperatursensoren an der Saugleitung, der Ausstoßleitung,
dem Verdampferluftauslass und dem Klimaraum des Systems installiert.
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Im
Stadium 1 des Versuchs wurden Saugdruck, Ausstoßdruck, Saugtemperatur, Ausstoßtemperatur, Verdampfer-verlassende
Lufttemperatur, Klimaraumtemperatur, Umgebungstemperatur und Motordrehzahl
für das
System im Leerlauf und wiederum bei 2.000 U/min gemessen. Alle Daten
wurden bei stillstehendem Fahrzeug aufgezeichnet.
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Im
Stadium 2 des Versuchs wurde der R12-Versuch wieder aufgefangen
und das System wieder auf 300 μm
Druck evakuiert. Das System wurde dann mit R134a und einer 2%igen
Pentanmischung bei einem Volumen gleich 90 % der ursprünglich empfohlenen
Befüllung
befüllt.
Dieselben Daten wie bei Stadium 1 des Versuchs wurden aufgezeichnet.
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Schließlich wurde
in Stadium 3 des Versuchs die R134a/Pentan-Mischung wiedergewonnen und das System
wiederum auf 300 μm
Druck evakuiert. Das System wurde dann mit R134a (88 %)/R125 (10
%)/Pentan (2 %) befüllt.
Wiederum wurden dieselben Daten aufgezeichnet.
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Unter
Bezugnahme auf Tabelle 4 war ersichtlich, dass im Stadium 2 (im
Vergleich zum Stadium 1)
- (a) Ausstoßdrücke im Durchschnitt
8 % höher
im Leerlauf und 4 % höher
bei 2.000 U/min waren;
- (b) Ausstoßtemperaturen
im Durchschnitt 3 % niedriger im Leerlauf und 12 % niedriger bei
2.000 U/min waren;
- (c) andere Temperatur- und Druckablesungen keine signifikante
Veränderung
zeigten;
- (d) es keinen ersichtlichen Kapazitätsverlust im System gab; und
- (e) es keinen ersichtlichen negativen Effekt auf den Systembetrieb
oder die Komponenten gab.
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Unter
Bezugnahme auf Tabelle 5 war ersichtlich, dass in Stadium 3
- (a) es keine signifikante Änderung bei den Temperaturen
und Drücken
gab, wenn 10 % R125 der Mischung zugesetzt wurden; und
- (b) es keinen ersichtlich negativen Einfluss auf den Systembetrieb
oder die Komponenten gab.
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Beispiel 5
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R12
und verschiedene R134a/Pentan/125-Mischungen wurden unter Verwendung
der Klimaanlage eines 2 Liter Toyota Camry, Baujahr 1987, evaluiert.
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Wie
in Beispiel 4 wurde die existierende Befüllung von R12 aus der Klimaanlage
evakuiert und der Druck dieses Systems auf 300 μm reduziert. Es wurde dann mit
0,68 kg R12 befüllt,
wie vom Fahrzeughersteller empfohlen. Die Klimaanlage wurde mit
Temperatursensoren an der Saugleitung, der Ausstoßleitung,
dem Verdampferluftauslass und dem Klimaraum versehen.
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In
Stadium 1 des Versuchs wurden Daten einschließlich Saugdruck, Ausstoßdruck,
Saugtemperatur, Ausstoßtemperatur,
Verdampfer-verlassende Lufttemperatur, Klimaraumtemperatur, Umgebungstemperatur und
die Motordrehzahl bei Leerlaufbedingung und wiederum bei 2.000 U/min
gemessen. Alle Daten wurden bei stillstehendem Fahrzeug aufgezeichnet.
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In
Stadium 2 des Versuches wurde das R12 aus dem System wiedergewonnen
und wiederum auf 300 μm
Luftdruck evakuiert. Die Systeme wurden dann mit einer Mischung
von R134a(88%)/R125(10 %)/Pentan (2%) gleich 90 % der ursprünglichen
Befüllung
befüllt.
Dieselben Daten wie in Stadium 1 wurden dann aufgezeichnet.
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Unter
Bezugnahme auf Tabelle 6 war ersichtlich, dass in Stadium 2 (im
Vergleich zu Stadium 1)
- (a) Ausstoßdrücke im Durchschnitt
18 % höher
bei Leerlaufbedingungen und 6 % höher bei 2.000 U/min waren;
und
- (b) es keinen ersichtlichen negativen Einfluss auf den Systembetrieb
oder die Komponenten gab.
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Es
wurde von den Beispielen 4 und 5 abgeleitet, dass eine Mischung
von R134a plus 2 % Pentan, die als ein Ersatzaustausch für R12 in
Kraftfahrzeug-Klimaanlagen installiert waren, anscheinend eine ähnliche Kapazität und keinen
unmittelbaren negativen Effekt auf die Ausrüstung oder den Betrieb hatten.
Die Zugabe von 10% R125 zur obigen Mischung hat keinen signifikanten
Effekt auf die vorherigen Drücke
und Temperaturen des Systems.
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Beispiel 6
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R12
und verschiedene R134a/Pentan/R125-Zusammensetzungen wurden unter
Verwendung von Haushaltskühlschränken und
-Gefriersystemen evaluiert.
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In
einem ersten Versuch wurde ein Haushaltskühlsystem verwendet. Die Systemspezifikationen
waren wie folgt –
- Hersteller: General Electric
- Größe: 198
Liter
- kW: 0,1 kW
- Typ: Einzeltür,
Einzelverdampfer mit Gefrierabteil, nicht-selbstenteisend
- Alter: ungefähr
25 bis 30 Jahre
- Kühlmittelbefüllung: 0,128
kg
- Spannung: 115/1/60
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Es
wurden Messgeräte
auf den Saug- und Ausstoßleitungen
installiert. Temperatursensoren wurden an Saug- und Ausstoßleitungen
ungefähr
15 cm vom Kompressor entfernt angebracht.
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In
einem ersten Stadium wurde das System mit der vorhandenen R12-Kühlmittelbefüllung betrieben. Die
folgenden Daten wurden aufgezeichnet – Spannung, Stromstärke, Saugdruck,
Saugtemperatur, Ausstoßdruck,
Ausstoßtemperatur,
Raumtemperatur, Umgebungstemperatur und Kompressorlaufzeit.
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Im
zweiten Stadium wurde die R12-Befüllung wiedergewonnen, und das
System wurde auf 300 μm Druck
evakuiert. Das System wurde dann mit einer R134a/Pentan(98/2%)-Mischung
mit ungefähr
90 Gew.-% der Originalbefüllung
wieder befüllt.
Das System wurde wieder betrieben und dieselben Daten wie zuvor
aufgezeichnet.
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Schließlich wurde
in Stadium 3 die R134a/Pentan-Mischung wiedergewonnen und das System
wurde mit einer R134a/R125/Pentan (88/10/2%) Mischung mit demselben
Gewichtsanteil wie in Stadium 2 wiederbefüllt. Das System wurde wieder
betrieben und dieselben Daten wie aufgezeichnet.
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Die
Ergebnisse dieser drei Stadien sind in Tabelle 6 aufgezeichnet.
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In
einem zweiten Versuch wurde ein Haushaltsgefriergerät verwendet.
Die Spezifikation des Systems ist wie folgt:
- Hersteller:
Viking
- Größe: 482
Liter
- kW: 0,2 kW
- Typ: Truhem-Typ, nicht-selbstenteisend
- Alter: ungefähr
25 bis 30 Jahre
- Kühlmittelbefüllung: 0,434
kg
- Spannung: 115/1/60
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Messgeräte wurden
auf den Saug- und Ausstoßleitungen
installiert. Temperatursensoren wurden auf den Saug- und Ausstoßleitungen
ungefähr
15 cm vom Kompressor entfernt installiert.
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Im
ersten Stadium wurde das System mit der existierenden R12-Kühlmittelbeladung betrieben
und die folgenden Daten aufgezeichnet – Spannung, Stromstärke, Saugdruck,
Saugtemperatur, Ausstoßdruck,
Ausstoßtemperatur,
Raumtemperatur, Umgebungstemperatur und Kompressorlaufzeit.
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In
einem zweiten Stadium wurde die R12-Befüllung wiedergewonnen und das
System auf 300 μm Druck
evakuiert. Das System wurde dann mit R134a/Pentan(98/2%)-Mischung
mit ungefähr
90 Gew.-% der ursprünglichen
Befüllung
wiederbefüllt.
Das System wurde wieder betrieben und dieselben Daten wie zuvor aufgezeichnet.
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Schließlich wurde
in Stadium 3 die R134a/Pentan-Mischung wiedergewonnen und durch R134a/R125/Pentan
(88/10/2%)-Mischung mit derselben Gewichtsmenge wie im Stadium 2
ersetzt. Das System wurde wieder betrieben und dieselben Daten aufgezeichnet.
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Die
Daten von allen drei Stadien sind in Tabelle 7 wiedergegeben.
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Unter
Bezugnahme auf Tabelle 7 wurde gesehen, dass es keine signifikanten
Veränderungen
bei Betriebsdrücken,
Temperaturen und Effizienzen beim Ändern der Mischung gab. Es
gab keinen ersichtlichen negativen Effekt auf den Systembetrieb
oder die Komponenten.
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Im
Ergebnis scheint eine Mischung von R134a plus 2 % Pentan, die als
ein Ersatzaustausch für
R12 Haushaltskühler
und Gefrierschränke
installiert wird, eine ähnliche
Kapazität
ohne unmittelbaren negativen Effekte auf die Ausrüstung oder
den Betrieb vorzusehen. Die Zugabe von 10 % R125 zu den obigen Mischungen hatte
keinen signifikanten Effekt auf die vorherigen Drücke und
Temperaturen oder den Betrieb der Systeme.
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Beispiel 7
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Feldtestversuche
wurden an einem kommerziellen Kühlsystem
unter Verwendung einer Mischung von R134a/R125/Isopentan/Butan in
einem Verhältnis
von 95/5/1/2 Gew.-% durchgeführt.
Die Kühlmittelmischung wurde
in das System gefüllt
und die Leistung wurde mit vorherigen Testdaten verglichen. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 9 gezeigt. Der Ausstoß in anderen Drücken und
Temperaturen, Kapazität
und Energieverbrauch war ähnlich
zu jenem einer Mischung von R134a/R125/Pentan im Verhältnis 88/10/2
%. Der Ölpegel
blieb während des
gesamten Tests konsistent. Es wurde bemerkt, dass das Austauschen
von Pentan durch Isopentan/Butan-Mischung dieselben Ölrückführeigenschaften
ergab und dass ein Vermindern des R125-Gehalts von 10 % auf 5 für die Leistung
nicht abträglich
war.
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Tabelle
3 – R12
gegen R134a/Pentan-Mischungen, kommerzielles Kühlsystem
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Tabelle
4 – R12
gegen R134a+2%Pentan Kraftfahrzeug-Klimaanlagen-Anwendung Fahrzeug
#1 Crysler Mini-Van, 1990
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Tabelle
5 – R134a+Pentan
gegen R134a + R125 + Pentan Kraftfahrzeug-Klimaanlagen-Anwendung Fahrzeug
#1 Crysler Mini-Van, 1990
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Tabelle
6 – R12
gegen R134a/R125/Pentan (88/10/2%) Kraftfahrzeug-Klimaanlagen-Anwendung Fahrzeug
#2 Toyota Camry, Baujahr 1987
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Tabelle
7 – R12
Austausch-Testergebnisse Haushaltskühlschrank
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Tabelle
8 – R12
Austausch-Testergebnisse Haushaltsgefrierschrank
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Tabelle
9 – R12
gegen R134a/Pentan gegen R134a/R125/Pentan und R134a/R125/Isopentan/Butan Kommerzielles
Kühlsystem
