ITPN930075A1 - Fluidi per circuiti frigoriferi - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale avente per titolo: "NUOVI FLUIDI PER CIRCUITI FRIGORIFERI"
La presente invenzione riguarda nuovi fluidi refrigeranti da impiegare nei circuiti frigoriferi in sostituzione dei clorofluorocarburi (CFC), per ridurre in generale i pericoli di.inquinamento ambientale ed in particolare la distruzione dello strato di ozono nella stratosfera, che protegge la terra dalla radiazione ultravioletta.
Questo, come e' noto, e' attualmente uno dei piu' sentiti problemi nel settore ambientale e gli enti scientifici ed industriali sono fortemente Impegnati nella ricerca e sperimentazione di nuovi fluidi atti a risolverlo.
Una delle strade seguite e' stata quella dell'identificazione di miscele azeotropiche. Tuttavia, l'azeotropia e' un fenomeno imprevedibile e la ricerca di nuove miscele azeotropiche, che possiedano le propriet?' necessarie per essere impiegabili come fluidi frigoriferi, non e' facile. Il brevetto US-A-4,155,865 descrive una miscela azeotropica consistente essenzialmente di circa 69,1-99,5% in peso di 1.1.2.2-tetrafluoroetano e circa 0,5-30,9% in peso di 1.1.1.2-tetrafluorocloroetano. Tuttavia, questa miscela contiene ancora un fluido (il tetrafluorocloroetano) che e' stato inserito nel Regolamento CEE N. 594/91 del 4 marzo 1991, relativo a sostanze che riducono lo strato d1 ozono; esso quindi deve essere gradualmente eliminato dalla produzione.
La presente invenzione si propone quindi di identificare delle miscele azeotropiche che non contengano fluidi dannosi e da eliminare per l'uso come refrigeranti nei circuiti frigoriferi e applicazioni analoghe.
Secondo la rivendicazione 1 del presente brevetto, le miscele azeotropiche individuate contengono come componente comune l?isobutano (sigla commerciale, R600a) e come componente addizionale un idrocarburo fluorurato, detti componenti essendo esclusi dalla lista delle sostanze messe al bando dalla normativa internazionale.
Il vantaggio primario delle miscele azeotropiche consiste, come e' noto, nella costanza dei parametri di pressione e di temperatura durante 1 cambiamenti di fase (evaporazione e condensazione). Questa propriet?' elimina i fenomeni di instabilit?' che si manifestano all'interno degli scambiatori di calore e degli organi di laminazione e facilita, di conseguenza, la progettazione delle apparecchiature.
Questi ed altri vantaggi e caratteristiche dell'invenzione risulteranno chiari dalla descrizione che segue, a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento agli esempi riportati in dettaglio e alle Tabelle 1-6, allegate.
Come si e' detto, le miscele azeotropiche oggetto dell'Invenzione sono basate sull'impiego di isobutano (R600a). Queste miscele sono fluidi azeotropi puri, ossia fluidi a evaporazione costante a 20?C.
Rientrano, naturalmente, nel campo di protezione del presente brevetto tutte le miscele che, mantenendo invariati i componenti, si differenziano per un diverso contributo percentuale degli stessi nella miscela. Queste miscele si comportano da fluidi azeotropi puri anche in altre condizioni di temperatura e di pressione, diverse da quelle qui indicate, tuttavia nel settore della refrigerazione e in altri campi di applicazione esse si comportano essenzialmente da fluidi azeotropi sia per le propriet?' termodinamiche sia per la tendenza a non segregarsi o frazionarsi durante la fase di ebollizione.
Primo tipo di miscela azeotropica
La composizione di base e' l'azeotropo puro che comprende 80% di tetrafluroetano (C2H2F4) e 20% di isobutano ((CH3)2CHCH3) a 20?C.
Questa miscela ha una temperatura di ebollizione di -33,35?c alla pressione di 0,1013 MPa.
Il campo di composizione entro il quale la miscela non si discosta sostanzialmente da comportamenti azeotropici pu?' essere definito dalle seguenti percentuali in peso: 50-95% d1 tetrafluoroetano e 5-50% di isobutano. Preferibilmente la composizione percentuale In peso deve essere compresa fra 78-82% di tetraf1uoroetano e 18-22% di ?sobutano.
Questa miscela pu?' essere utilizzata per apparecchiature refrigeranti che utilizzano un ciclo a compressione ed espansione e, rispetto ai fluidi frigoriferi convenzionali, consente una riduzione della quantit?'di fluido caricato nel circuito ed una riduzione del consumo di energia. Inoltre, questa miscela Incrementa il livello prestazionale di compressori ermetici rispetto all'impiego di fluidi convenzionali. Infine, questa miscela pu?' essere utilizzata in compressori in cui viene immesso, come lubrificante, olio minerale.
Sono state eseguite prove sperimentali per verificare le prestazioni, sia su un motocompressore sia su un apparecchio frigorifero, della miscela innovativa rispetto ad un fluido convenzionale. I dati significativi di queste prove sono riportati nelle Tabelle 1 e 2, allegate.
La Tabella 1 riassume 1 risultati di una serie di prove calorimetriche condotte su un motocompressore con cilindrata di 5,7 cc. Dalla tabella si rileva che sia la capacita' refrigerante sia il coefficiente di prestazione sono maggiori dei corrispondenti valori ottenuti dallo stesso compressore usando come fluido refrigerante il tetrafluoroetano (R134a), sostanza impiegata finora e presa come riferimento.
In particolare, l'incremento del coefficiente di prestazione (C.O.P.) alla temperatura di riferimento di -23,3?C risulta pari al 10% circa.
La Tabella 2 riassume i risultati delle prove effettuate su di un congelatore da 222 litri lordi di capacit? . Dalla tabella si rileva che l'utilizzo della miscela secondo l'invenzione comporta una riduzione della carica di fluido nel circuito refrigerante del 30% circa rispetto all'impiego di tetraf1uoroetano (R134a) e dell'80% circa rispetto all'impiego di dlclorodifluorometano (R12).
Analogamente, per quanto riguarda il consumo energetico si e' ottenuta una riduzione del 4% circa rispetto al tetrafluoroetano (R134a) e dell'11% circa rispetto al diclirodifluorometano (R12), mantenendo pressoch?' costante la temperatura media della cella.
Dalle tabelle si pu?' inoltre notare che la capacita' refrigerante della miscela secondo l'Invenzione risulta sensibilmente superiore a quella ottenuta sia con R134a sia con R12.
Ulteriori prove sono state effettuate su una macchina frigorifera dotata di compressore ermetico di tipo XKB?6, prodotto nei paesi dell'Europa orientale, ed utilizzando diverse composizioni percentuali in peso di R134a e R600a in confronto con R134a. Le caratteristiche funzionali erano: temperatura di ebollizione 253?K (-20?C), temperatura di condensazione 313?K (40?C) e temperatura di aspirazione nel compressore 305?K (32?C). Dall'analisi dei dati riportati nella Tabella 3 allegata, si pu?' rilevare che le miscele refrigeranti secondo l'invenzione mostrano caratteristiche migliori e, conseguentemente, una maggiore efficienza termodinamica. In particolare la capacita' refrigerante e' risultata superiore del 3-19% rispetto al fluido di riferimento. Inoltre, la miscela secondo l'invenzione, utilizzando R600a al posto di R12, non e' dannosa per la fascia di ozono.
Secondo tipo di miscela azeotropica La composizione di base e' l'azeotropo puro che comprende 75% di difluoroetano (C2H4F2) e 25% di isobutano ((CH3)2CHCH3) a 20?C.
Questa miscela ha una temperatura di ebollizione d1 -29,42?C alla pressione di 0,1013 MPa.
Il campo di composizione entro il quale la miscela non si discosta sostanzialmente da comportamenti azeotropid pu?' essere definito dalle seguenti percentuali in peso: 55-92% di difluoroetano e 8-45% di isobutano. Preferibilmente la composizione percentuale in peso deve essere compresa fra 73 77% di difluoroetano e 23-27% di isobutano.
Questa miscela pu? essere utilizzata per apparecchiature refrigeranti che utilizzano un ciclo a compressione ed espansione e, rispetto ai fluidi frigoriferi convenzionali, consente una riduzione della quantit? di fluido caricato nel circuito ed una riduzione del consumo di energia. Inoltre, questa miscela incrementa il livello prestazionale di compressori ermetici rispetto all'impiego di fluidi convenzionali.
Sono state eseguite prove sperimentali per verificare le prestazioni su un motocompressore per refrigerazione domestica. I dati significativi di queste prove sono riportati nella Tabella 4, allegata.
La Tabella 4 riassume i risultati di una serie di prove calorimetriche condotte su un motocompressore con cilindrata di 5,7 cc. Dalla tabella si rileva che sia la capacita' refrigerante sia il coefficiente di prestazione sono maggiori dei corrispondenti valori ottenuti dallo stesso compressore usando come fluido refrigerante il tetrafluoroetano (R134a), sostanza impiegata finora e presa come riferimento.
In particolare, l'incremento del coefficiente di prestazione (C.O.P.) alla temperatura di riferimento di -25?C risulta pari all?8% circa. Anche la capacita' refrigerante risulta superiore del 13,6% rispetto a quella ottenuta Impiegando R134a alla stessa temperatura di evaporazione.
Ulteriori prove sono state effettuate su una macchina frigorifera dotata di compressore ermetico di tipo XKB-6, prodotto nei paesi dell'Europa orientale, ed utilizzando diverse composizioni percentuali in peso di R152a e R600a in confronto con una miscela di RI52a e R12 (nota con la sigla R500), in cui la percentuale in peso d1 R12 era del 74%. Le caratteristiche funzionali erano: temperatura di ebollizione 253?K (-20?C), temperatura di condensazione 313?K (40?C) e temperatura di aspirazione nel compressore 305?K (32?C). Dall'analisi dei dati riportati nella Tabella 5 allegata, si pu?' rilevare che le miscele refrigeranti secondo l'invenzione mostrano caratteristiche migliori e, conseguentemente, una maggiore efficienza termodinamica. In particolare, la capacita' refrigerante e' risultata superiore del 2-5% rispetto alla miscela di riferimento. Inoltre, la miscela secondo l'invenzione, utilizzando R600a al posto di R12, non e'dannosa per la fascia di ozono.
Terzo tipo di miscela azeotropica
La composizione di questa miscela secondo l'invenzione e' la seguente: 95-98%, in peso, di una miscela azeotropica R507 e 2-5%, in peso, di Isobutano (R600a). La miscela azeotropica R507 e' costituita da 16,5% in mole di difluoroetano e da 83,5% in mole di octofluoropropano (R218).
Anche questo terzo tipo di miscela non contiene fluidi dannosi per l'ozono e pu? essere utilizzata per apparecchiature refrigeranti che utilizzano un ciclo compressione ed espansione.
Prove sperimentali sono state effettuate su una macchina frigorifera dotata di compressore ermetico di tipo XKB-6, prodotto nei paesi dell'Europa orientale, ed utilizzando diverse composizioni percentuali in mole della miscela, in confronto con la miscela R507 semplice. Le caratteristiche funzionali erano: temperatura di ebollizione 253?K (~20?C), temperatura di condensazione 313?K (40?C) e temperatura di aspirazione nel compressore 305?K (32?C). Dall'analisi dei dati riportati nella Tabella 6 allegata, si pu?' rilevare che le miscele refrigeranti secondo l'invenzione mostrano caratteristiche migliori e, conseguentemente, una maggiore efficienza termodinamica. In particolare, la capacita' refrigerante e' risultata superiore del 2-6% e il coefficiente operativo di rendimento e' risultato superiore di 1-4% rispetto alla miscela di riferimento.
Concludendo, le miscele azeotroplche quali fluidi frigoriferi secondo l'invenzione sono sostanze che non danneggiano l'ozono e che consentono anche di ottenere prestazioni migliori di quelle fornite dai fluidi frigoriferi convenzionali. Si possono anche realizzare composizioni diverse delle sostanze indicate senza uscire dall'ambito del presente brevetto, come definito nelle rivendicazioni.
TABELLA 1
TABELLA 2
TABELLA 3
TABELLA 4
TABELLA 5
a
TABELLA 6
Claims (9)
- RIVENDICAZIONI 1. Fluido refrigerante consistente in una miscela azeotropica, caratterizzato dal fatto di contenere dal 50% al 95% in peso di un idrocarburo fluorurato e dal 5% al 50% in peso di isobutano (CH3)CHCH3 (R 600a}.
- 2. Fluido refrigerante secondo la rivendicazione 1, caratter izzato dal fatto che detto idrocarburo fluorurato e' tetraf luoroetano C2H2F4.
- 3. Fluido refrigerante secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto di contenere dal 50% al 95% in peso di tetraf1uoroetano e dal 5% al 50% in peso di isobutano.
- 4. Fluido refrigerante secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto di contenere dal 78% al 82% in peso di tetraf1uoroetano e dal 18% al 22% in peso di isobutano.
- 5. Fluido refrigerante secondo la rivendicazione 1, caratter izzato dal fatto che detto idrocarburo fluorurato e' dif luoroetano C2H4Fi.
- 6. Fluido refrigerante secondo la rivendicazione 5, caratter izzato dal fatto di contenere dal 55% al 92% in peso di dif1uoroetano e dal 8% al 45% in peso di isobutano.
- 7. Fluido refrigerante secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto d1 contenere dal 73% al 77% in peso di dif1uoroetano e dal 23% al 27% in peso di isobutano.
- 8. Fluido refrigerante secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto idrocarburo fluorurato e' una miscela azeotropica (R507) composta da difluoroetane e da octofluoropropano (R218).
- 9. Fluido refrigerante secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto di contenere 95-98% in peso di R507 e 2-5% in peso di isobutano,
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