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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Kühlmittel,
insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Klimaanlagesysteme. Das System
bezieht sich speziell auf Kühlmittelzusammensetzungen,
die keinen nachteiligen Effekt auf die atmosphärische Ozonschicht aufweisen,
sowie auf Zusammensetzungen, die bestehenden Kühlmitteln zugefügt werden
können,
welche mit gewöhnlich
in Kühl- und Anlagensystemen
verwendeten Schmiermitteln kompatibel sind. Die Erfindung bezieht
sich auch auf ein Verfahren zum Verändern von Kühl- und Klimaanlagensystemen.
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Fluorchlorkohlenwasserstoffe
(CFCs), z.B. CFC 11 und CFC 12, sind stabil, von geringer Toxizität sowie
flammbeständig,
dadurch Arbeitsbedingungen geringen Gefahrenpotentials bereitstellend,
die bei Kühl- und
Klimaanlagensystemen angewandt werden. Beim Freisetzen wandern sie
in die Stratosphäre
und greifen die Ozonschicht an, welche die Umwelt vor schädigenden
Effekten von Ultraviolett-Strahlen schützt. Das Montreal-Protokoll, ein durch über 160
Länder
unterzeichnetes internationales Umweltübereinkommen, verpflichtet zur
Abwicklung von CFCs in Übereinstimmung
mit einem zugestimmten Zeitplan. Dies schließt nun Hydrofluorchlorkohlenwasserstoffe
(HCFCs) ein, die ebenfalls einen nachteiligen Effekt auf die Ozonschicht
aufweisen.
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R
22 ist ein chemisches Fluid und weitaus das häufigste HCFC-Kühlmittel, welches global in
Kühl- und Klimaanlage-Vorrichtungen verwendet
wird. R 22 besitzt ein Ozonerschöpfungspotential
(Ozone Depletion Potential; ODP) von ungefähr 5% von CFC 11. Nachdem CFCs
abgewickelt wurden, wird der Chlorgehalt von R22 in Bezug auf das
Volumen die am weitesten verbreitete Ozonerschöpfungssubstanz ausmachen. Auch
R 22 ist Gegenstand eines Abwicklungsplans unter dem Montreal-Protokoll. Die Verwendung
von R 22 bei neuen Geräten
ist in einigen Ländern
verboten.
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Jeglicher
Ersatz für
HCFC 22 darf keine Fähigkeit
haben, Ozon zu zerstören.
Die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung schließen Chloratome
nicht ein, und folglich besitzen sie keinen schädlichen Effekt auf die Ozonschicht,
während
ein ähnliches
Leistungsvermögen
als ein Arbeitsfluid wie R22 in einem Kühlgerät geliefert wird.
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In
der Patentliteratur sind zur Beschreibung von Kühlmischungen unterschiedliche
Ausdrücke
verwendet worden. Sie können
wie folgt definiert werden:
Zeotrop: Eine Fluidmischung, deren
Dampf- und Flüssigkeits-Zusammensetzungen
sich bei einer spezifizierten Temperatur unterscheiden.
Temperatur-Verschiebung: Wenn
eine zeotrope Flüssigkeit
bei konstantem Druck destilliert wird, erhöht sich ihr Siedepunkt. Die
Veränderung
des Siedepunkts vom Anfang der Destillation bis zu dem Punkt, wenn
eine flüssige
Phase gerade verschwunden ist, wird als Temperaturverschiebung bezeichnet.
Eine Verschiebung wird auch dann beobachtet, wenn der gesättigte Dampf
eines Zeotrops bei konstantem Druck kondensiert wird.
Azeotrop:
Eine Fluidmischung spezifizierter Zusammensetzung, deren Dampf-
und Flüssigkeits-Zusammensetzungen
bei einer spezifizierten Tem peratur gleich sind. Genau genommen
kann eine Fluidmischung, die unter z.B. Verdampfungsbedingungen
ein Azeotrop ist, nicht gleichzeitig ein Azeotrop unter Kondensierbedingungen
sein. Die Kühlmittelliteratur
mag jedoch eine Mischung als Azeotrop beschreiben, vorausgesetzt,
sie erfüllt die
obige Definition bei einer gewissen Temperatur innerhalb ihres Arbeitsbereichs.
Fast-Azeotrope:
Eine Mischung, die über
einen kleinen Temperaturbereich hinweg siedet, eine kleine Temperaturverschiebung
aufweisend.
Retrofit-Kühlmittelmischung:
Eine chlorfreie Mischung, die zum vollständigen Ersatz eines ursprünglichen CFC-
oder HCFC-Kühlmittels
verwendet wird.
Streckmittel/Kühlmittel-Mischung: Eine chlorfreie Mischung,
die während
der Wartung zu dem HCFC-Kühlmittel,
welches in einer Einheit verblieb, hinzugefügt wird, was ein Nachfüll-Kühlmittel
darstellt, um jegliches Lecken auszugleichen.
Hermetischer
Kompressor: Ein Kompressor, bei dem sich der elektrische Motor in
demselben, vollständig
verschweißten
Gehäuse
wie der Kompressor befindet. Der Motor wird durch den in den Kompressor
zurückkehrenden
Kühlmitteldampf
gekühlt.
Die durch den Motor erzeugte Wärme
wird durch den Kondensator entfernt.
Halbhermetischer Kompressor: Ähnlich zu
einem hermetischen Kompressor, wobei der Hauptunterschied darin
besteht, daß das
Gehäuse
eine Bolzenverbindung aufweist, die geöffnet werden kann, um den Motor
und den Kompressor zu warten.
Offener Kompressor: Ein Kompressor,
der durch einen externen Motor über
einen Antriebsschaft angetrieben wird, der durch das Kompressorgehäuse hindurch
geht. Die Motorwärme
wird direkt in die Umgebung ausgegeben, und nicht über den
Kondensator. Dies führt
zu einem etwas effizienteren Leistungsvermögen als bei einem hermetischen
Kompressor, jedoch kann ein Herauslecken von Kühlmittel bei der Schaftdichtung
auftreten.
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Wenn
nichts anderes angegeben, sind die in dieser Spezifikation bezeichneten
Prozentsätze
und Anteile Gewichts-Prozente und -anteile. Die ausgewählten Prozente
und Anteile ergeben zusammen 100%. HFC- und HCFC-Kühlmittelverbindungen
werden untenstehend durch den Buchstaben R bezeichnet.
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Gemäß einem
ersten Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht eine Kühlmittelzusammensetzung
aus 1,1,1,2-Tetrafluorethan (R 134a), Penthafluorethan (R 125) und
einem Zusatz stoff, der ausgewählt ist
aus einem im Bereich von –5
bis +70°C
siedenden, gesättigten
Kohlenwasserstoff oder einer Mischung davon; wobei die Gewichte
von R 125 und R 134a in den Bereichen sind:
| R 125 | 50–80% |
| R 134a | 50–20% |
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Die
Zusammensetzungen können
als Retrofit-Kühlmittelmischungen
verwendet werden. Die Zusammensetzung kann auch als Streckmittel
verwendet werden, wie unten diskutiert. Die Zusammensetzungen können in
halb-hermetischen und hermetischen Systemen verwendet werden.
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Die
bevorzugten Gewichte von R 125 gegenüber R 134a sind in den Bereichen:
| R 125 | 60–80% |
| R 134a | 40–20% |
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Ein
bevorzugterer Bereich ist:
| R 125 | 60–78% |
| R 134a | 40–22% |
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Ein
am meisten bevorzugter Bereich ist:
| R 125 | 64–76% |
| R 134a | 34–24%. |
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Diese
Bereiche sind für
hermetische und halb-hermetische Systeme bevorzugt. Die Zusammensetzung
kann auch in einem offenen System verwendet werden. Die bevorzugten
Gewichte in einem offenen System sind in den Bereichen:
| R 125 | 57–78% |
| R 134a | 43–22% |
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Ein
bevorzugterer Bereich ist:
| R 125 | 63–76% |
| R 134a | 33–24%. |
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Der
in einem offenen System verwendete Anteil von R 125 kann bis zu
10% betragen, vorzugsweise 4 bis 5% mehr als in einem hermetischen
oder halb-hermetischen System.
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In
einem ersten Gegenstand dieser Erfindung braucht kein anderes Kühlmittel
in der Mischung enthalten sein.
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Bevorzugte
Kohlenwasserstoff-Zusatzstoffe werden auswählt aus der Gruppe, die besteht
aus: 2-Methylpropan, 2,2-Dimethylpropan,
Butan, Pentan, 2-Methylbutan, Cyclopentan, Hexan, 2-Methylpentan,
3-Methylpentan, 2,2-Dimethylbutan und Methylcyclopentan. Der Kohlenwasserstoff-Zusatzstoff
besitzt vorzugsweise einen Siedepunkt im Bereich von 20 bis 40°C. Die Verwendung
von n-Pentan, Cyclopentan, iso-Pentan und Mischungen davon ist bevorzugt.
Die Verwendung von n-Pentan, iso-Pentan
oder Mischungen davon ist besonders bevorzugt. Kommerziell erhältliche,
gesättigte
Kohlenwasserstoff-Mischungen sind verfügbar als Cyclopentan kommerzieller
Qualität
von Phillips Petroleum International NV, NorparP 5
S n-Pentan von Exxon Chemical und iso-Pentan Q1111 von Shell Chemicals.
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Relative
Anteile der Pentan- und Butan-Komponenten können so ausgewählt werden,
daß sich
insgesamt 0,2 bis 5% der Zusammensetzungen, vorzugsweise 2 bis 4%
und weiter bevorzugt 3 bis 4% ergibt. Eine Menge an Pentan, vorzugsweise
iso-Pentan, von 0,2 bis 2% kann zusammen mit einer entsprechenden
Menge von 4,8 bis 3% Butan in einer Zusammensetzung verwendet werden,
die insgesamt 5% Kohlenwasserstoffe enthält. In Zusammensetzungen mit
weniger als 5% Kohlenwasserstoffen, z.B. 1% oder 4%, können relativ größere Verhältnisse
von Butan:Pentan angewandt werden, um beim Lecken ein Kohlenwasserstoff-Aufschaukeln
zu minimieren. Deshalb sind Flammbarkeitsrisiken verringert.
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Gemäß einem
zweiten Gegenstand der vorliegenden Erfindung umfaßt eine
Kühlmittel/Streckmittel-Mischung
eine Zusammensetzung gemäß dem ersten
Gegenstand dieser Erfindung.
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Gemäß einem
dritten Gegenstand dieser Erfindung umfaßt eine Kühlmittelzusammensetzung eine
Zusammensetzung gemäß dem ersten
Gegenstand dieser Erfindung zusammen mit R 22. Diese Erfindung stellt ferner
ein Verfahren zum Verändern
eines Kühl- oder Klimaanlagensystems
zur Verfügung,
das R 22 als Kühlmittel
einschließt,
wobei das Verfahren den Schritt des Hinzufügens einer Zusammensetzung
gemäß dem zweiten
Gegenstand dieser Erfindung zum Kühlmittel des Systems einschließt.
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Verdrängerkompressoren,
d.h. Hubkolben- oder Rotationskompressoren, die in Kühlsystemen
verwendet werden, saugen geringe Mengen an Schmiermittel aus dem
Kurbelgehäuse
ein, die zusammen mit Kühlmitteldampf
durch die Abgasventile ausgestoßen
werden. Um die Kompressorschmierung auf recht zu erhalten, muß das Öl durch
den Kühlmittelstrom
in den Kreislauf gezwungen und zum Kurbelgehäuse zurückgeführt werden. CFC- und HCFC-Kühlmittel sind mit Kohlenwasserstoffölen mischbar
und reißen
daher die Öle in
den Kreislauf mit. HFC-Kühlmittel
und Kohlenwasserstoff-Schmiermittel besitzen jedoch geringe wechselseitige
Solubilitäten,
so daß eine
wirksame Ölrückkehr scheitern
kann. Das Problem ist insbesondere bei Verdampfern akut, wo niedrige
Temperaturen die Viskosität
von Ölen
so stark erhöhen
können,
daß sie
an der Wanderung entlang den Röhrenwänden gehindert
werden. Mit CFCs und HCFCs verbleibt genügend Kühlmittel im Öl, um die
Viskositäten
zu verringern, damit eine Ölrückkehr stattfinden
kann.
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Beim
Verwenden von HFCs mit Kohlenwasserstoff-Schmierstoffen kann eine Ölrückkehr erleichtert werden
durch Einführen
eines Kohlenwasserstofffluids mit den nachfolgenden Eigenschaften
in das System:
ausreichende Solubilität im Schmiermittel bei der
Verdampfungstemperatur zum Verringern der Viskosität; und
ausreichende
Flüchtigkeit,
um eine Destillation aus dem heißen Schmiermittel im Kompressorkurbelgehäuse zu ermöglichen.
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Kohlenwasserstoffe
genügen
diesen Erfordernissen.
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Kühlmittelzusammensetzungen
gemäß dieser
Erfindung liefern mehrere Vorteile. R 125 besitzt flammlöschende
Eigenschaften. Die Gegenwart von R 125 unterdrückt die Entflammbarkeit der
Kühlmittelmischung. Der
höhere
HFC-Gehalt ermöglicht,
daß mehr
n-Pentan zu der Mischung hinzugefügt wird, wodurch die Solubilitätseigenschaften
der Mischung gegenüber
herkömmlichen
Schmiermitteln, z.B. mineralischen oder Alkylbenzol-Ölen, verbessert
wird.
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Die
vorliegende Erfindung kann eine Reihe von Vorteilen im Vergleich
zu R 22 liefern, einschließlich einer
fehlenden Ozonerschöpfung,
einer niedrigeren Entladungstemperatur, und einer höheren Kapazität.
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Die
vorliegende Erfindung kann eine Reihe von Vorteilen im Vergleich
zu dem HFC-Ersatz R 407c liefern, einschließlich einer überlegenen
Kohlenwasserstoffölrückkehr,
einer besseren Motorkühlung
in hermetischen Kompressoren, einer niedrigeren Entladungstemperatur
und einem niedrigeren Entladungsdruck.
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Die
Erfindung wird mittels Beispielen weiter beschrieben, jedoch ohne
irgendeine begrenzende Bedeutung.
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BEISPIEL 1
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Das
Leistungsvermögen
von fünf
R 125/R 134a/Pentan-Zusammensetzungen wurde unter Verwendung von
Standard-Kühlungs-Zyklusanalysetechniken
beurteilt, um ihre Eignung als Retrofit-Ersatz für R 22 in hermetischen oder
halb-hermetischen Systemen zu prüfen.
Die für
die Analysen verwendeten Betriebsbedingungen wurden als für jene Bedingungen
typischen gewählt,
die in Klimaanlagesystemen gefunden werden. Da die Mischungen Zeotrope
waren, wurden die Mittelpunkte ihrer Temperaturverschiebungen im
Verdampfer und Kondensator so gewählt, daß die Temperaturgrenzen des
Zyklus definiert waren. Dieselben Temperaturen wurden auch zum Erzeugen
von Leistungsdaten für
R 22 verwendet.
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Das
Pentan lag bei 4 Gew.-% vor, basierend auf dem Gesamtgewicht der
R 125/R 134a-Mischung. Zur Vereinfachung der Berechnung wurde diese
kleine Menge an Pentan weggelassen.
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Die
folgenden Kühlmittelzusammensetzungen
wurden der Zyklusanalyse unterworfen:
- 1. Eine
Zusammensetzung mit 44% R 125 : 56% R 134a
- 2. Eine Zusammensetzung mit 56% R 125 : 44% R 134a
- 3. Eine Zusammensetzung mit 64% R 125 : 36% R 134a
- 4. Eine Zusammensetzung mit 76% R 125 : 24% R 134a
- 5. Eine Zusammensetzung mit 80% R 125 : 20% R 134a.
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Die
folgenden Zyklusbedingungen wurden in der Analyse verwendet:
| GELIEFERTE
KÜHLLEISTUNG | 10
kW |
VERDAMPFER
| Mittelpunkt-Fluidverdampfungstemperatur | 7,0°C |
| Überhitzung | 5,0°C |
| Saugleitungsdruckabfall
(bei Sättigungstemperatur) | 1,5°C |
KONDENSATOR
| Mittelpunkt-Fluidkondensationstemperatur | 45,0°C |
| Unterkühlung | 5,0°C |
| Abgasleitungsdruckabfall
(bei Sättigungstemperatur) | 1,5°C |
FLÜSSIGKEITSLEITUNGS-/SAUGLEITUNGS-WÄRMETAUSCHER
KOMPRESSOR
| Elektromotoreffizienz | 0,85 |
| Kompressor-Isentropieeffizienz | 0,7 |
| Kompressor-Volumeneffizienz | 0,82 |
PARASITÄRE LEISTUNG
| Innenlüfter | 0,3
kW |
| Außenlüfter | 0,4
kW |
| Kontrollen | 0,1
kW |
-
Die
Ergebnisse der Analyse der Leistungsvermögen in einer Klimaanlageeinheit
unter Verwendung dieser Betriebsbedingungen sind in Tabelle 1 gezeigt.
Zum Vergleich ist auch das Leistungsvermögen von R 22 gezeigt.
-
Alle
Zusammensetzungen besitzen niedrigere Abgastemperaturen als R 22
und sind in dieser Hinsicht deshalb überlegen. Zusammensetzung 5
ist jedoch nicht bevorzugt, weil der Abgasdruck mehr als 2 bar über demjenigen
von R 22 liegt. Zusammensetzung 1 ist nicht akzeptabel, weil die
Kühlmittelkapazität weniger
als 90% derjenigen von R 22 beträgt.
Das Gesamtleistungsvermögen
der Zusammensetzungen 2, 3 und 4 erfüllen die oben angegebenen Kriterien
und genügen
daher den Erfordernissen dieser Erfindung.
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BEISPIEL 2
-
Das
Leistungsvermögen
von fünf
R 125/R 134a/Pentan-Zusammensetzungen wurde unter Verwendung von
Standard-Kühlzyklusanalysetechniken
beurteilt, um ihre Eignung als Retrofit-Ersatz für R 22 in offenen Systemen
zu prüfen.
Die Betriebsbedingungen, die für
die Analysen verwendet wurden, wurden als für solche Bedingungen typische
ausgewählt,
die in Klimaanlagesystemen gefunden werden. Da die Mischungen Zeotrope
waren, wurden die Mittelpunkte ihrer Temperaturverschiebungen im
Verdampfer und Kondensator so gewählt, daß die Temperaturgrenzen des
Zyklus definiert waren. Dieselben Temperaturen wurden auch zum Erzeugen
von Leistungsdaten für
R 22 verwendet.
-
Das
Pentan lag bei 4 Gew.-% vor, basierend auf dem Gesamtgewicht der
R 125/134a-Mischungen. Zur Vereinfachung der Berechnung wurde diese
kleine Menge an Pentan weggelassen.
-
Die
folgenden Kühlmittelzusammensetzungen
wurden der Zyklusanalyse unterworfen.
- 1. Eine
Zusammensetzung mit 44% R 125 : 56% R 134a
- 2. Eine Zusammensetzung mit 56% R 125 : 44% R 134a
- 3. Eine Zusammensetzung mit 64% R 125 : 36% R 134a
- 4. Eine Zusammensetzung mit 76% R 125 : 24% R 134a
- 5. Eine Zusammensetzung mit 80% R 125 : 20% R 134a.
-
Die
folgenden Zyklusbedingungen wurden in der Analyse verwendet:
VERDAMPFER
| Mittelpunkt-Fluidverdampfungstemperatur | 7,0°C |
| Überhitzung | 5,0°C |
| Saugleitungsdruckabfall
(bei Sättigungstemperatur) | 1,5°C |
KONDENSATOR
| Mittelpunkt-Fluidkondensationstemperatur | 45,0°C |
| Unterkühlung | 5,0°C |
| Abgasleitungsdruckabfall
(bei Sättigungstemperatur) | 1,5°C |
FLÜSSIGKEITSLEITUNGS-/SAUGLEITUNGS-WÄRMETAUSCHER
KOMPRESSOR
| Elektromotoreffizienz | 0,85 |
| Kompressor-Isentropieeffizienz | 0,7 |
| Kompressor-Volumeneffizienz | 0,82 |
PARASITÄRE LEISTUNG
| Innenlüfter | 0,3
kW |
| Außenlüfter | 0,4
kW |
| Kontrollen | 0,1
kW |
-
Die
Ergebnisse der Analyse der Leistungsvermögen in einer Klimaanlageneinheit
unter Verwendung dieser Betriebsbedingungen sind in Tabelle 2 gezeigt.
Zum Vergleich ist das Leistungsvermögen von R 22 ebenfalls gezeigt.
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Alle
Zusammensetzungen besitzen niedrigere Abgastemperaturen als R 22
und sind daher diesbezüglich überlegen.
Zusammensetzung 5 ist jedoch nicht akzeptabel, weil ihr Abgasdruck
mehr als 2 bar über
demjenigen von R 22 liegt. Die Zusammensetzungen 1 und 2 sind nicht
akzeptabel, weil ihre Kühlmittelkapazitäten weniger
als 90% derjenigen von R 22 sind. Das Gesamtleistungsvermögen der
Zusammensetzungen 3 und 4 erfüllen
die oben angegebenen Kriterien und genügen daher den Erfordernissen
dieser Erfindung.
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BEISPIEL 3
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Die
Leistungsvermögen
von fünf
R 125/R 134a/Pentan-Zusammensetzungen wurden unter Verwendung von
Standard-Kühlzyklusanalysetechniken
untersucht, um ihre Eignung als Retrofit-Ersatz für R 22 in hermetischen
oder halb-hermetischen Systemen zu prüfen, die nicht mit einem Flüssigkeitsleitungs-/Saugleitungs-Wärmetauscher
ausgerüstet
sind. Die Betriebsbedingungen, die für die Analysen verwendet wurden, wurden
als für
solche Bedingungen typische gewählt,
die in Klimaanlagensystemen gefunden werden. Da die Mischungen Zeotrope
waren, wurden die Mittelpunkte ihrer Temperaturverschiebung im Verdampfer
und Kondensator so gewählt,
daß die
Temperaturgrenzen des Zyklus definiert sind. Dieselben Temperaturen
wurden auch zum Erzeugen von Leistungsdaten für R 22 verwendet.
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Das
Pentan lag bei 4 Gew.-% vor, basierend auf dem Gesamtgewicht der
R 125/R 134a-Mischung. Zur Vereinfachung der Berechnung wurde diese
kleine Menge an Pentan weggelassen.
-
Die
folgenden Kühlmittelzusammensetzungen
wurden der Zyklusanalyse unterworfen:
- 1. Eine
Zusammensetzung mit 44% R 125 : 56% R 134a
- 2. Eine Zusammensetzung mit 56% R 125 : 44% R 134a
- 3. Eine Zusammensetzung mit 64% R 125 : 36% R 134a
- 4. Eine Zusammensetzung mit 76% R 125 : 24% R 134a
- 5. Eine Zusammensetzung mit 80% R 125 : 20% R 134a.
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Die
folgenden Zyklusbedingungen wurden in der Analyse verwendet:
VERDAMPFER
| Mittelpunkt-Fluidverdampfungstemperatur | 7,0°C |
| Überhitzung | 5,0°C |
| Saugleitungsdruckabfall
(bei Sättigungstemperatur) | 1,5°C |
KONDENSATOR
| Mittelpunkt-Fluidkondensationstemperatur | 45,0°C |
| Unterkühlung | 5,0°C |
| Abgasleitungsdruckabfall
(bei Sättigungstemperatur) | 1,5°C |
KOMPRESSOR
| Elektromotoreffizienz | 0,85 |
| Kompressor-Isentropieeffizienz | 0,7 |
| Kompressor-Volumeneffizienz | 0,82 |
PARASITÄRE LEISTUNG
| Innenlüfter | 0,47
kW |
| Außenlüfter | 0,26
kW |
| Kontrollen | 0,1
kW |
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Die
Ergebnisse aus dem Analysieren des Leistungsvermögens in einer Klimaanlageeinheit
unter Verwendung dieser Betriebsbedingungen sind in Tabelle 3 gezeigt.
Zum Vergleich ist auch das Leistungsvermögen von R 22 gezeigt.
-
Alle
Zusammensetzungen besitzen niedrigere Abgastemperaturen als R 22
und sind daher in dieser Hinsicht überlegen. Zusammensetzung 5
ist jedoch nicht akzeptabel, weil ihr Abgasdruck mehr als 2 bar über demjenigen
von R 22 liegt. Die Zusammensetzungen 1 und 2 sind nicht akzeptabel,
weil ihre Kühlkapazitäten weniger
als 90% von derjenigen des R 22 sind. Das Gesamtleistungsvermögen der
Zusammensetzungen 3 und 4 erfüllt
die oben angegebenen Kriterien und genügt daher den Erfordernissen
dieser Erfindung.
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BEISPIEL 4
-
Das
Leistungsvermögen
von zwei R 125/R 134a/Pentan-Zusammensetzungen wurde unter Verwendung
von Standard-Kühlzyklusanalysetechniken
beurteilt, um ihre Eignung als Streckmittel für R 22 in hermetischen oder
halb-hermetischen Systemen zu prüfen.
Die für
die Analysen ausgewählten
Betriebsbedingungen sind typisch für jene Bedingungen, die in
Klimaanlagensystemen gefunden werden. Da die Mischungen Zeotrope
waren, wurden die Mittelpunkte ihrer Temperaturverschiebungen im
Verdampfer und Kondensator so gewählt, daß die Temperaturgrenzen des
Zyklus definiert waren, und wurden auch zur Erzeugung des Leistungsvermögens von
R 22 zum Vergleich verwendet.
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Das
Pentan lag bei 4 Gew.-% vor, basierend auf dem Gesamtgewicht der
R 125/R 134a-Mischung. Zur Vereinfachung der Berechnung wurde diese
kleine Menge an Pentan weggelassen.
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Die
folgenden R 22-Streckmittelzusammensetzungen wurden der Zyklusanalyse
unterworfen:
- 1. Eine Zusammensetzung mit 64%
R 125 : 36% R 134a
- 2. Eine Zusammensetzung mit 44% R 125 : 56% R 134a.
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Um
die Wirkungen gegenüber
dem Leistungsvermögen
der Einheit aus allmählichen
Verdünnungen von
R 22 durch die obigen Streckmittel festzulegen, wurde der Zyklus
für Kühlmittelzusammensetzungen
analysiert, die R 22-Masseanteile von 1,0 bis hinunter zu 0,0 enthielten.
Die Ergebnisse sind in den Tabellen 4a und 4b zusammengefaßt. Schlüsselparameter
sind in der Grafik 1 aufgetragen, mit berechneten Punkten, die durch
geglättete
Kurven verbunden sind.
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Die
folgenden Zyklusbedingungen wurden in der Analyse verwendet:
VERDAMPFER
| Mittelpunkt-Fluidverdampfungstemperatur | 7,0°C |
| Überhitzung | 5,0°C |
| Saugleitungsdruckabfall
(bei Sättigungstemperatur) | 1,5°C |
KONDENSATOR
| Mittelpunkt-Fluidkondensationstemperatur | 45,0°C |
| Unterkühlung | 5,0°C |
| Abgasleitungsdruckabfall
(bei Sättigungstemperatur) | 1,5°C |
FLÜSSIGKEITSLEITUNG
| Elektromotoreffizienz | 0,85 |
| Kompressor-Isentropieeffizienz | 0,7 |
| Kompressor-Volumeneffizienz | 0,82 |
PARASITÄRE LEISTUNG
| Innenlüfter | 0,3
kW |
| Außenlüfter | 0,4
kW |
| Kontrollen | 0,1
kW |
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Alle
Zusammensetzungen besitzen niedrigere Abgastemperaturen als R 22
und sind daher in dieser Hinsicht überlegen.
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Zusammensetzung
1 liefert eine Kühlkapazität von mehr
als 90% derjenigen von R 22 über
den gesamten Verdünnungsbereich.
Mischungen, die mehr als 45% R 22 enthielten, besitzen Kapazitäten von
gleich oder besser als derjenigen von R 22. Das COP (System) bewegt
sich innerhalb von 2% desjenigen von R 22 über den gesamten Verdünnungsbereich.
Diese Zusammensetzung erfüllt
deshalb die Erfordernisse dieser Erfindung.
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Zusammensetzung
2 liefert eine Kühlkapazität von mehr
als 90% von R 22 für
Mischungen, die bis hinunter zu 20% R 22 enthielten. Ihr COP (System)
ist im wesentlichen dasselbe wie dasjenige von R 22 über den
gesamten Verdünnungsbereich.
Diese Zusammensetzung erfüllt
deshalb die Erfordernisse dieser Erfindung für Mischungen, die bis hinunter
zu 20% R 22 enthalten.
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VERGLEICHSBEISPIEL 5
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Eine
R 32/R 134a/Pentan-Zusammensetzung wurde unter Verwendung von Standard-Kühlzyklusanalysetechniken
untersucht, um ihre Eignung als einem Streckmittel für R 22 in
hermetischen oder halb-hermetischen Systemen zu prüfen. Die
Betriebsbedingungen, die zur Analyse ausgewählt wurden, sind für jene Bedingungen
typisch, die in Klimaanlagensystemen gefunden werden. Da die Mischung
ein Zeotrop war, wurden die Mittelpunkte ihrer Temperaturverschiebungen
im Verdampfer und Kondensator so gewählt, daß die Temperaturgrenzen des
Zyklus definiert waren. Dieselben Temperaturen wurden auch zum Erzeugen
der Leistungsdaten für
R 22 verwendet.
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Das
Pentan lag bei 4 Gew.-% vor, basierend auf dem Gesamtgewicht der
R 32/R 134a-Mischung. Zur Vereinfachung der Berechnung wurde diese
kleine Menge an Pentan weggelassen.
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Die
R 22-Streckmittelzusammensetzung wurde einer Zyklusanalyse unterworfen:
Um
die Wirkung des Leistungsvermögens
der Einheit aus der allmählichen
Verdünnung
von R 22 durch Auffüllen
mit dem obigen Streckmittel festzulegen, wurde der Zyklus für Kühlmittelzusammensetzungen
analysiert, die Masseanteile von R 22 von 1,0 bis hinunter zu 0,0
enthielten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt, und die Ergebnisse
sind in der Grafik 2 mit berechneten Punkten aufgetragen, die durch
geglättete
Kurven verbunden sind.
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Die
folgenden Zyklusbedingungen wurden in der Analyse verwendet: VERDAMPFER
| Mittelpunkt-Fluidverdampfungstemperatur | 7,0°C |
| Überhitzung | 5,0°C |
| Saugleitungsdruckabfall
(bei Sättigungstemperatur) | 1,5°C |
KONDENSATOR
| Mittelpunkt-Fluidkondensationstemperatur | 45,0°C |
| Unterkühlung | 5,0°C |
| Abgasleitungsdruckabfall
(bei Sättigungstemperatur) | 1,5°C |
FLÜSSIGKEITSLEITUNGS-/SAUGLEITUNGS-WÄRMETAUSCHER
KOMPRESSOR
| Elektromotoreffizienz | 0,85 |
| Kompressor-Isentropieeffizienz | 0,7 |
| Kompressor-Volumeneffizienz | 0,82 |
PARASITÄRE LEISTUNG
| Innenlüfter | 0,3
kW |
| Außenlüfter | 0,4
kW |
| Kontrollen | 0,1
kW |
-
Alle
das Streckmittel enthaltenden Mischungen besitzen niedrigere Abgastemperaturen
als R 22 und erfüllen
daher die Erfordernisse dieser Spezifikation. Das COP (System) ist
im Wesentlichen gleich dem von R 22 über den gesamten Verdünnungsbereich.
Die Kühlkapazität des Kühlmittels
beträgt
nicht weniger als 98% derjenigen von R 22 über den gesamten Verdünnungsbereich.
Für Verdünnungen
bis hinunter auf 20% R 22 ist die Kapa zität gleich oder größer als
diejenige von R 22. Der Abgasdruck beträgt weniger als 0,5 bar über dem
von R 22 über
den gesamten Verdünnungsbereich.
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Die
Ergebnisse des Analysierens des Leistungsvermögens der Klimaanlageneinheit
unter Verwendung dieser Betriebsbedingungen wird in Tabelle 5 gezeigt.
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30/70
R 32/R 134a erfüllt
daher die Erfordernisse dieser Erfindung.
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VERGLEICHSBEISPIEL 6
-
Eine
R 32/R 125/R 134a/Pentan-Zusammensetzung wurde unter Verwendung
eines Standard-Kühlzyklusanalysetechnikprogramms
beurteilt, um ihre Eignung als einem Streckmittel für R 22 in
hermetischen oder halb-hermetischen Systemen zu prüfen. Die
für die
Analyse ausgewählten
Betriebsbedingungen sind typisch für solche Bedingungen, die in
Klimaanlagensystemen gefunden werden. Da die Mischung ein Zeotrop war,
wurden die Mittelpunkte ihrer Temperaturverschiebungen im Verdampfer
und Kondensator so gewählt, daß die Temperaturgrenzen
des Zyklus definiert waren. Dieselben Temperaturen wurden auch zum
Erzeugen von Leistungsdaten für
R 22 verwendet.
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Das
Pentan lag bei 4 Gew.-% vor, basierend auf dem Gesamtgewicht der
Mischung.
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Zur
Vereinfachung der Berechnung wurde diese kleine Menge an Pentan
weggelassen.
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Die
folgende R 22-Streckmittelzusammensetzung wurde der Zyklusanalyse
unterworfen:
Eine Zusammensetzung, die 23 Gew.-% R 32, 25 Gew.-%
R 125 und 52 Gew.-% R 134a umfaßt.
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Zum
Festlegen der Wirkung auf das Leistungsvermögen der Einheit aus allmählichen
Verdünnungen von
R 22 durch Auffüllen
mit dem obigen Streckmittel wurde der Zyklus für Kühlmittelzusammensetzungen analysiert,
die Masseanteile von R 22 von 1,0 bis hinunter zu 0,0 enthielten.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt, und die Ergebnisse sind
in der Grafik 3 aufgetragen, mit berechneten Punkten, die durch
geglättete Kurven
verbunden sind.
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Die
folgenden Zyklusbedingungen wurden in der Analyse verwendet: VERDAMPFER
| Mittelpunkt-Fluidverdampfungstemperatur | 7,0°C |
| Überhitzung | 5,0°C |
| Saugleitungsdruckabfall
(bei Sättigungstemperatur) | 1,5°C |
KONDENSATOR
| Mittelpunkt-Fluidkondensationstemperatur | 45,0°C |
| Unterkühlung | 5,0°C |
| Abgasleitungsdruckabfall
(bei Sättigungstemperatur) | 1,5°C |
FLÜSSIGKEITSLEITUNGS-/SAUGLEITUNGS-WÄRMETAUSCHER
KOMPRESSOR
| Elektromotoreffizienz | 0,8 |
| Kompressor-Isentropieeffizienz | 0,7 |
| Kompressor-Volumeneffizienz | 0,82 |
PARASITÄRE LEISTUNG
| Innenlüfter | 0,3
kW |
| Außenlüfter | 0,4
kW |
| Kontrollen | 0,1
kW |
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Die
Ergebnisse der Analyse des Leistungsvermögens einer Klimaanlageneinheit
unter Verwendung dieser Betriebsbedingungen sind in Tabelle 6 gezeigt.
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Alle
Mischungen, die das Streckmittel enthielten, besitzen niedrigere
Abgastemperaturen als R 22 und erfüllen daher die Erfordernisse
dieser Spezifikation. Das COP (System) ist nicht weniger als 98%
desjenigen von R 22 über
den gesamten Verdünnungsbereich.
Die Kühlkapazität des Kühlmittels
ist größer als
diejenige von R 22 über
den gesamten Verdünnungsbereich.
Der Abgasdruck beträgt
weniger als 2,0 bar über
demjenigen von R 22 über
den gesamten Verdünnungsbereich.
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R
32/R 134a im Verhältnis
30/70 erfüllt
daher die Erfordernisse dieser Erfindung.
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BEISPIEL 7
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Kühlmittelzusammensetzungen,
die R 125, R 134a und Kohlenwasserstoffmischungen in kommerziellen
Wärmepumpenanwendungen
umfaßten,
wurden unter Verwendung einer 5-Tonnen-Dachwärmepumpe eines Comfort Aire
Modells PHEC-60-1a mit einer nominalen Kühlkapazität von 56.000 btu und einer
nominalen Heizkapazität
von 56.000 btu untersucht. Am hermetischen Kompressor wurde ein Ölsichtglas
eingerichtet, und Temperatursensoren wurden an den Saug- und Entladungsleitungen
sowie an der Flüssigkeitsleitung
eingerichtet. Saug- und Entladungsventile wurden ebenfalls eingerichtet.
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Das
System wurde sowohl im Kühl-
als auch im Heizmodus mit R 22 betrieben, und die folgenden Daten
wurden aufgezeichnet: Spannung, Stromstärke, Saugdruck, Saugtemperatur,
Entladungsdruck, Entladungstemperatur, Flüssigkeitsleitungstemperatur,
Verdampfertemperatur, Umgebungstemperatur, Ölniveau und Rückführlufttemperatur.
Die R 22-Beladung wurde wiedergewonnen und nach und nach mit den
Mischungen 1 bis 6 der folgenden Zusammensetzungen ersetzt.
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Es
wurde beobachtet, daß bei
allen angewandten Mischungen die Ölrückkehr ähnlich war zu den R 22-Betriebswerten,
was zeigte, daß Pentan-
und iso-Pentan/Butan-Zusatzstoffe eine gute Ölrückführung lieferte. Einige Mischungen
erforderten die Zugabe von bis zu 20% Kühlmittel, um ein Vereisen des
Verdampfers zu verhindern. Es wurde gefunden, daß die Kapazitäten mit
der verwendeten Zusammensetzung variierten. Der Energieverbrauch
war im allgemeinen niedriger bei allen Mischungen. Die Entladungsdrücke waren
durchschnittlich leicht höher
bei Mischungen, die über
60,5% R 125 hatten, und geringer bei Mischungen, die weniger als
60,5% R 125 enthielten. Die Saugdrücke und Entladungstemperaturen
waren bei allen verwendeten Mischungen geringer. Die beim Verdampferauslaß gemessene Überhitze
war viel höher
als bei R 22, und der Temperaturunterschied über den Verdampfer hinweg war
im allgemeinen größer im Kühlmodus
und geringer im Heizmodus. Es wurde bemerkt, daß Pentan- und iso-Pentan Butan-Zusätze die
nötige Ölrückkehr lieferte. Die
Mischungen # 3, 5 und 6 lieferten die größten Ähnlichkeiten zu R 22-Betriebstemperaturen
und -drücken.
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Tabelle
7 Gewerbliche
5 Tonnen-Dachheizpumpe
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- Drücke
in bar ventildruck
- Temperatur in Celsius
- Alle Ablesewerte sind Durchschnitte über mehrere Betriebsstunden
- Ölniveau
in Zentimetern gemessen
