HU219326B - Cooling mixtures for refrigeration machinery - Google Patents

Abstract

A találmány szerinti difluor-etán-alapú hűtőközeg izobutánt istartalmaz, jellemzően 60–75 tömeg% difluor-- etánból és 25–40 tömeg%izobutánból áll. A találmány szerinti hűtőközeg hűtőberendezésekben,különösen háztartási hűtőszekrényekben és közepes hőmérsékletűfagyasztóberendezésekben, klímaberendezésekben és hőszivattyúkban,továbbá kutatási célokra használható. A fenti hűtőközeg nem károsítjaa légkör ózonrétegét. ŕ

Description

A találmány hűtőberendezések hűtőközegére, közelebbről háztartási hűtőszekrények hűtőközegére vonatkozik, amely használható továbbá közepes hőmérsékletű fagyasztóberendezésekben, klímaberendezésekben, gépkocsihűtőkben és hőszivattyúkban, valamint kutatási célokra.

Számos törekvés ismeretes az R12 típusú hűtőközeget helyettesítő olyan hűtőközegek kidolgozására, amelyek a légkör ózonrétegét nem károsítják. Az egyik ilyen irányzat azon alapszik, hogy a hűtőközeg szénhidrogéneket is tartalmaz.

Hűtőgépekhez ismert olyan hűtőközeg, amely klórdifluor-metán (CHF₂C1, R22) izobutánnal (C₄H₁₀, R600a) alkotott elegyéből áll, és 65-80 tömeg% klórdifluor-metánt és 20-35 tömeg% izobutánt tartalmaz (GB-A 2 228 739).

A fenti elegyet tartalmazó hűtőközeg hűtőképessége és energetikai hatásfoka a diklór-difluor-metán (CF₂C1₂, R12) jellemzőivel összehasonlítva kedvező, a légkör ózonrétegére viszont kevésbé káros.

Az ismertetett elegyből álló hűtőközeg azonban nem azeotropos elegy, ami ipari méretekben a hűtőszekrények hűtőközeggel feltöltése során csökkenti a hatékonyságot, továbbá bonyolítja az újrafeltöltés körülményeit. Ezenkívül az R22 hűtőközeg az úgynevezett „átmeneti” hűtőközegekhez tartozik, így használatát a földi légkör ózonrétegének védelmével kapcsolatos nemzetközi egyezménynek megfelelően teljesen meg kell szüntetni a 2020. évig.

Ismeretesek olyan hűtőközegelegyek, amelyek környezetvédelmi szempontból sokkal elfogadhatóbbak, mint az R22.

Pentafluor-etán (C₂HF₅, R125) alapú és izobutánt (R600a) tartalmazó hűtőközegelegy is ismert, amely 60-80 tömeg% R125 komponenst tartalmaz (GB-A 2 247 462).

A fenti elegy alkalmazását hűtőszekrényekben korlátozza az a körülmény, hogy az R125 ipari méretű gyártástechnológiája nincs kidolgozva. Ezenkívül az R125 molekula nagy fluortartalma (5 atom) a hűtőközeg gyártása során nagy fluorfelhasználással és következésképpen nagy költséggel jár.

Megjegyzendő, hogy a hűtőberendezések elpárologtatóiban szokásos (-20--25 °C) hőmérsékleteken a fenti hűtőközeg nyomása meghaladja az R12 nyomását, ami nehézségeket okoz R12 helyettesítésére történő alkalmazása során.

Olyan hűtőközegelegy is ismert, amely lényegében 1,1,2,2-tetrafluor-etánból (CHF₂CHF₂, R134) és izobutánból (R600a) áll, és 70-99 tömeg% 1,1,2,2-tetrafluoretánt és 1-30 tömeg% izobutánt tartalmaz (PCT/US 92/02136).

Ennek a hűtőközegnek előnye, hogy azeotropos elegyet alkot. A fenti elegy alapját képező R134 hűtőközeg 1,3 értékű nagy teljes felmelegedési tényezője nem elégíti ki a környezetvédelmi biztonsági előírásokat.

Hűtőberendezésekhez ismeretesek difluor-etán (CHF₂CH₃, R152a)-alapú elegyek is.

E hűtőközegek ózoncsökkentő képessége - hasonlóan az Rl 34-hez - nulla, Rl 34-hez viszonyítva azonban teljes felmelegedési tényezőjük 10-szer alacsonyabb (0,03), ezenkívül olajokban jobban oldódnak.

A difluor-etán forráspontja légköri nyomáson

-25 °C, és termodinamikus tulajdonságai közel vannak az R12 tulajdonságaihoz.

Difluor-etán (Rl 52a) alapú, továbbá klór-difluor-metánt (R22) tartalmazó hűtőközegelegy is ismert, amely a következő komponensekből áll: 50-65 tömeg% difluor-etán és 35-50 tömeg% klór-difluor-metán (DE-A 271 122).

Az R22/R152a komponensek 40:60 tömegaránya esetén az elegy azeotropos jellegű, hűtőközegként használva energetikai jellemzői megegyeznek az R12 jellemzőivel.

A difluor-etán-alapú hűtőközegelegy bizonyos hátrányokat is mutat. A fentiek értelmében az R22 átmeneti jellegű és a használatból kivonandó hűtőközeg. Jelenléte hűtőközegekben ahhoz vezet, hogy az elegyek ózoncsökkentő képessége O-tól eltérő. Ezenkívül R22 viszonylag rosszul oldódik a kompresszorok kenésére használt ásványolajokban, ami a berendezés üzemeltetése szempontjából kedvezőtlen.

A fenti hűtóközeg-eleggyel feltöltött berendezés energetikai hatásfokát nem növeli az elegyet alkotó komponensek molekulatömegének különbsége. R22 molekulatömege 86,5, míg R152a molekulatömege 66,1. A fenti gázok szűkületen vagy kapillárison átáramló elegye a

II. Fick-törvény szerint a ₃/M,/M₂ tényezővel arányos mértékben komponenseire bomlik, amely képletben M_t és M₂ a komponensek molekulatömegét jelenti. A szűkületen áthaladva a könnyebb komponens dúsul, míg a nehezebb komponensben az elegy elszegényedik. Ennek eredményeként zárt gázciklusban az eredetitől eltérő koncentrációjú zónák keletkeznek.

Ilyen eleggyel feltöltött berendezés ezért a hűtőelegy komponensei koncentrációjának időbeli ingadozása következtében veszít működési paramétereinek stabilitásából. Ez zavarokat okoz a kondenzátor működésében, instabillá teszi az elpárologtató működését, ami következésképpen növeli az energiafelhasználást.

A találmány feladata difluor-etán-alapú hűtőközegelegy kidolgozása, amely biztosítja az ózonréteg jobb védelmét, növeli az energetikai hatásfokot és fokozza a hűtőberendezések üzemeltetésének megbízhatóságát.

A találmány útján elérhető a difluor-etán-alapú hűtőközegelegyek ózont károsító képességének csökkentése és a hűtési együttható növelése.

A kitűzött feladatot a találmány értelmében difluoretán (R152a)-alapú hűtőközeggel érjük el, amely izobutánt (R600a) is tartalmaz.

A találmány szerinti hűtőközeg 60-75 tömeg% difluor-etánt és 25-40 tömeg% izobutánt tartalmaz.

A találmány szerinti hűtőközegben az R152a/R600a előnyös aránya 70:30.

A 0 ózonelszegényedést okozó izobután használata difluor-etán-alapú hűtőközeg komponenseként az egész elegyre biztosítja e tényező 0 értékét.

Az izobután molekulatömege (58,12) közelebb van az R152a molekulatömegéhez (66,1), mint az R22 molekulatömege (86,5). Ezért a hűtőközeg komponensei

HU 219 326 Β szétválasztásának mértékét meghatározó arányossági tényező .JM/M₂ - amely képletben Mi és M₂ a komponensek molekulatömegét jelenti - az ismert hűtőközegre 1,14, és a találmány szerinti hűtőközegre 1,07 értékű. Ez viszont csökkenti a komponensek szétválasztásé- 5 nak valószínűségét, és így a hűtőberendezés energiafogyasztásának az optimális értéktől való eltérését.

Közelítő számítások és vizsgálatok azt mutatták, hogy a találmánynak megfelelő komponensek mennyiségére javasolt tartományon belül a hűtőközeg forrás 10 közben egyenlő mértékben párolgó azeotropos elegy vagy közel azeotropos elegy. Ezt különösen igazolják azok a görbék, amelyek a hűtőközeg nyomásának változását szemléltetik az R152a-tartalom függvényében.

A leíráshoz csatolt ábrák közül az 1. ábra a hűtőközeg nyomásának változását tünteti fel az R152a-koncentráció függvényében 313,5 K hőmérsékleten.

A 2. ábra a hűtőközeg nyomásának változását tünteti fel az R152a-koncentráció függvényében 353,15 K hőmérsékleten.

A fenti előnyöket, valamint a találmány jellegzetességeit a találmány legelőnyösebb kiviteli alakjának ismertetése kapcsán mutatjuk be, amelyeket a találmány szerinti hűtőközeg - Rl 2-höz hasonlított - hűtési cik- 25 lusra vonatkozó hűtési együtthatójának számított és mért adataival támasztunk alá.

A hűtőberendezés feltöltése előtt egy tartályban meghatározott összetételű és mennyiségű elegyet készítünk a komponensek tömegének mérése alapján.

kg hűtőközeg előállítására 700 g R152a-t öntünk

300 g izobutánhoz (R600a) előzőleg az izobutánt tartalmazó tartályhoz csatlakoztatott tartályból.

A hűtőberendezés feltöltése során a hűtőközeg mennyiségét az R152a/R600a elegyet tartalmazó tartály tömegének változása alapján állapítjuk meg, ahol a tartály a hűtőberendezés kompresszorának szívóvezetékéhez van csatlakoztatva.

A „Biijusza-2” típusú hűtőszekrény feltöltéséhez szükséges R152a/R600a hűtőközeg mennyisége 80 g. A hűtőszekrény aggregátjának töltőcsövét egy T elágazás beiktatásával a hűtőközeget tartalmazó tartályhoz és egy vákuumszivattyúhoz csatlakoztatjuk. Az idegen gázok eltávolítására a hűtőszekrény hűtőaggregátját elő15 zőleg a vákuumszivattyúval leszívatjuk, miközben a hűtőközeget tartalmazó tartályt zárva tartjuk.

Az idegen gázok leszívatása után a hűtőszekrény hűtőaggregátját működő kompresszor mellett feltöltjük a hűtőközeggel. A hűtőközeget gáznemű állapotban szi20 vattyúzzuk a hűtőaggregátba. A hűtőközeget tartalmazó tartály eközben mérlegen áll. Miután a tartály tömegcsökkenése eléri a 80 g-ot, a feltöltést megszüntetjük.

Az egyes hűtőberendezés-típusok töltetének optimális mennyiségét a napi energiafogyasztás minimuma alapján határozzuk meg.

Az 1. táblázat a találmány szerinti, 70:30 R152a/R600a arányú hűtőközeggel működő, továbbá R134a, illetve R12 hűtőközeggel töltött „Biijusza-2” típusú hűtőszekrény napi energiafogyasztását tünteti 30 fel.

7. táblázat

Hűtőközeg	Töltőtömeg (g)	Alacsony hőmérsékletű hőcserélő (°C)	Magas hőmérsékletű hőcserélő (°C)	Napi energiafogyasztás (kWh/d)
R134a	110	-18,1	+2,0	2,0
R12	120	-18,2	+2,3	1,8
R152a/R600a	80	-18,1	+2,2	1,75

Az 1. táblázat adatai azt mutatják, hogy az R12 és R134a hűtőközeget tartalmazó hűtőszekrény napi ener- 45 giafogyasztása meghaladja a találmány szerinti difluoretán-alapú hűtőközeget tartalmazó hűtőszekrény energiafogyasztását.

A 2. táblázat számított és mért adatokat tartalmaz R12 hűtési együtthatójához hasonlítva a találmány sze- 50 rinti R152a/R600a hűtőközeg ciklikus hűtési együtthatójára vonatkozóan. Az R12 hűtőközeget annak alapján választottuk ki, hogy termikus jellemzői lényegében azonosak a prototípusnak tekintett, azeotropos arányú komponenseket tartalmazó R152a/R22 hűtőközeg ha- 55 sonló jellemzőivel.

Az E hűtési együttható értékeit a következő paraméterek esetére adjuk meg: forralási hőmérséklet=-20 °C, kondenzációs hőmérséklet=55 °C, és a kompresszor előtti hőmérséklet=32 °C. 60

2. táblázat

R152a/R600a (tömeg%)	Hűtési együttható (E)	^elegy^RÍ2
50/50	0,846	0,99
55/45	0,852	0,99
60/40	0,858	1,00
65/35	0,861	1,01
70/30	0,861	1,01
75/25	0,857	1,01
80/20	0,847	0,99
R12	0,855	1,00

HU 219 326 Β

A 3. táblázat HKV-6 típusú kompresszor hőtechni- közeg három sajátos összetétele esetén R12, R152a és kai mérési adatait tartalmazza a találmány szerinti hűtő- R600a hűtőközegekkel összehasonlítva.

3. táblázat

Paraméterek	Hűtőközeg	Rl 52a/R600a hűtőközeg
R12	R152a	R600a	50/50	70/30	90/10
Elpárologtató nyomása (MPa)	0,15	0,13	0,07	0,12	0,16	0,13
Kondenzátor nyomása (MPa)	1,47	1,39	0,79	1,40	1,48	1,46
Hűtőkapacitás (W)	173	145	84	148	180	153
Fajlagos hűtőkapacitás	1,15	1,0	0,9	1,02	1,2	1,04

A vizsgálatokat hasonló körülmények között folytattuk le a hűtési együttható meghatározására végzett vizsgálatokkal. A 2. és 3. táblázatból látható, hogy a 60-75 tömeg% R152a koncentrációtartományban és a 20 25-40 tömeg% R600a koncentrációtartományban a hűtési együttható növekszik.

Ezért ha difluor-etánhoz izobutánt adunk, két hasonló molekulatömegű, egymásban kölcsönösen oldódó komponens elegyét kapjuk, amelynek ózoncsökken- 25 tó képessége 0, energetikai hatásfoka a komponensek széles koncentrációtartományán belül lényegében megegyezik az R12 hűtőközegével.

Ezenkívül a találmány szerinti koncentrációtartományban lévő hűtőközeg azeotropos elegy, amelynek 30 hűtési együtthatója meghaladja az R12, illetve a prototípus hűtési együtthatóját.

A találmány szerinti hűtőközeg alkalmazható közepes hőmérsékletű hűtőberendezésekben és légkondicionáló berendezésekben, valamint gépkocsihűtőkben és hőszivattyúkban. Ezenkívül a hűtőelegy használható meglévő hűtőberendezésekben azok lényeges szerkezeti változtatása nélkül.

Claims (3)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Difluor-etán-alapú hűtőközeg, amely izobutánt is tartalmaz.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti hűtőközeg, amely 60-75 tömeg% difluor-etánt és 25-40 tömeg% izobutánt tartalmaz.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti hűtőközeg, amely 70 tömeg% difluor-etánt és 30 tömeg% izobutánt tartalmaz.