ITTO20120625A1 - Miscele refrigeranti - Google Patents

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ITTO20120625A1
ITTO20120625A1 IT000625A ITTO20120625A ITTO20120625A1 IT TO20120625 A1 ITTO20120625 A1 IT TO20120625A1 IT 000625 A IT000625 A IT 000625A IT TO20120625 A ITTO20120625 A IT TO20120625A IT TO20120625 A1 ITTO20120625 A1 IT TO20120625A1
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Valentina Longoni
Riccardo Mondino
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Tazzetti S P A
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Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Miscele refrigeranti"
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce a miscele di gas utili come refrigeranti, sostitutivi o alternativi di R134a.
R134a (1,1,1,2-tetrafluoroetano) à ̈ un idrofluorocarburo, utilizzato sin dall'inizio degli anni 90 come gas refrigerante sostitutivo di clorofluorocarburi o idroclorofluorocarburi con rilevante potenziale di riduzione dell’ozono (nel seguito ODP) regolamentate in seguito al Protocollo di Montreal. A differenza dei clorofluorocarburi o idroclorofluorocarburi, R134a possiede un ODP non rilevante e ha trovato e trova applicazione particolarmente come refrigerante per condizionamento o refrigerazione.
R134a presenta tuttavia un elevato potenziale di riscaldamento globale (nel seguito GWP) e, in seguito al Protocollo di Kyoto, la regolamentazione europea ne ha limitato e ne limiterà progressivamente la disponibilità e l’impiego in impianti di condizionamento o refrigerazione.
Lo scopo primario della presente invenzione à ̈ quello di fornire miscele di gas refrigeranti utilizzabili in sostituzione o alternativi a R134a, e/o altri refrigeranti sostitutivi o alternativi di R134a contenenti HFC (idrofluorocarburi), HFO (idrofluoro-olefine) e HFE (idrofluoroeteri), che siano di minore costo produttivo e presentanti caratteristiche di impatto ambientale, particolarmente in termini di GWP, migliorative rispetto a quelle di R134a, unitamente a proprietà termodinamiche idonee al loro impiego come gas refrigeranti sostitutivi e con caratteristiche migliorative nelle applicazioni di condizionamento degli autoveicoli, condizionamento e di refrigerazione domestica, commerciale e industriale.
L'invenzione si basa sul riconoscimento del fatto che gli scopi sopra citati possono essere conseguiti utilizzando una miscela gassosa di idrocarburi non fluorurati con concentrazioni relative degli idrocarburi costituenti la miscela in un campo alquanto ristretto.
Miscele binarie di idrocarburi sono già state proposte nella tecnica anteriore come gas refrigeranti; ad esempio, US 1497615 fa riferimento ad una miscela refrigerante di isobutano e di un altro composto idrocarburico a minor peso molecolare, con punto di ebollizione superiore a 45°C.
CN 101402847 descrive miscele costituite da isobutano e propano come componenti di una miscela refrigerante sostitutiva di R22, ove il propano può essere presente in concentrazione da 80% a 89% in peso e l'isobutano in concentrazione da 11% a 20% in peso.
CN 1693408 descrive miscele comprendenti propano in quantità da 55% a 62% in peso e isobutano in quantità da 38% a 45% in peso come refrigeranti sostitutivi di R134a.
A riguardo, la presente invenzione fornisce miscele che, grazie ad una specifica selezione dei campi di concentrazione degli idrocarburi impiegati, consente di ottenere caratteristiche termodinamiche particolarmente idonee e migliorative per la sostituzione di R134a.
Costituisce così oggetto dell'invenzione l'impiego di una miscela gassosa, costituita da:
- propano in concentrazione da 71% a 79% in peso e da un gas scelto dal gruppo che consiste di isobutene, butene e isobutano (o loro miscele) in concentrazione da 21% a 29% in peso, come gas refrigerante sostitutivo o alternativo di R134a in impianti di condizionamento o refrigerazione, particolarmente nel condizionamento di autoveicoli, progettati per l'impiego di R134a.
Le miscele secondo l'invenzione trovano impiego sia in impianti di nuova produzione sia come retrofit di impianti esistenti, richiedendo soltanto la sostituzione di alcuni componenti essendo le miscele secondo l'invenzione infiammabili.
In particolare, le miscele secondo l'invenzione trovano applicazione negli impianti di condizionamento degli autoveicoli, nei banchi frigoriferi per supermercati, in celle frigorifere, in refrigeratori domestici, in gruppi frigoriferi centrifughi, in impianti di condizionamento domestici, commerciali e industriali, in chiller domestici, commerciali e industriali, in impianti di condizionamento o refrigerazione nell'industria di processo, in trasporti refrigerati, distributori d'acqua refrigerata, macchine del ghiaccio commerciali e deumidificatori domestici, commerciali e industriali.
Rientrano nell'ambito dell'invenzione impianti di condizionamento o refrigerazione che utilizzano come refrigerante le miscele secondo l'invenzione.
Le miscele refrigeranti costituite da 71% a 79% in peso di propano e da 21% a 29% in peso di isobutene, butene, isobutano (o loro miscele) costituiscono altresì oggetto dell'invenzione.
Nell'ambito del ristretto campo di concentrazione dei gas costituenti le miscele, sono preferite miscele scelte dal gruppo che consiste di:
- 74-79% in peso, particolarmente 75% in peso di propano e da 21 a 26% in peso, particolarmente 25% in peso di un gas scelto dal gruppo che consiste di isobutene, butene o isobutano.
Le miscele qui proposte presentano caratteristiche migliorative rispetto all'utilizzo di R134a nei cicli frigoriferi per applicazioni di media e alta temperatura.
La tabella che segue illustra alcune caratteristiche salienti relative alle proprietà termodinamiche delle miscele secondo l'invenzione nell'ambito dei campi di concentrazione sopra citati, unitamente alle loro caratteristiche salienti di impatto ambientale, quali ODP e GWP, a confronto con le corrispondenti proprietà di R134a.
Tabella 1
T ebollizione Glide ODP GWP
°C °C
Propano/Isobutene -37,6 -39,0 8,4 – 6,5 0 3 Propano/Butene -37,9 -39,2 8,3 - 6,3 0 2,7-2,8 Propano/Isobutano -37,4 -39,2 6,7 – 5,6 0 2,1-2,4 R134a -26,3 - 0 1300 Come risulta dalla tabella sopra citata, le miscele utilizzate secondo l'invenzione presentano bassi valori di glide (differenza tra la temperatura di bolla e la temperatura di rugiada alla pressione di 1 atmosfera).
A confronto con R134a, le miscele riducono drasticamente il GWP da 1300 a valori che comunque non eccedono 3.
Inoltre, le miscele, essendo costituite esclusivamente da idrocarburi permettono di avere una larga disponibilità di materie prime a costi contenuti.
Nei disegni annessi:
- le figure 1 a 3 sono diagrammi che illustrano le curve pressione e temperatura per le miscele preferite secondo l'invenzione a confronto con le corrispondenti curve relative a R134a; i relativi valori numerici sono riportati nelle tabelle da 3 a 5.
Di seguito viene presentata una tabella compa rativa tra R134a e i sostituti oggetto della presente invenzione.
Tabella 2
% Refrigerante COPh COPc puro R134a 3,727 2,796 75/25 Propano/Isobutene 3,691 2,760 75/25 Propano/Butene 3,700 2,769 75/25 Propano/Isobutano 3,735 2,804 La tabella descrive i coefficienti di performance (COP) per specifiche miscele oggetto dell'invenzione, confrontandole con R134a.
Nella tabella sono indicati i valori di coefficienti di performance in riscaldamento (COPh) e in raffreddamento (COPc).
I valori sono stati calcolati per un impianto di condizionamento con una potenzialità di 6 Kw termici in raffreddamento, 500 We di potenzia ausiliaria e sottoraffreddamento di 5°C. Il calore in eccesso à ̈ stato considerato come calore aggiuntivo al condensatore.
I valori indicati sono frutto di una simulazione matematica basata su dati termodinamici noti da letteratura sfruttando programmi riconosciuti a livello internazionale.
Si può osservare che nella totalità dei casi il COP delle miscele proposte à ̈ del tutto in linea rispetto a R134a.
Tabella 3
Propano/Isobutano (75/25): Tabella P/T
P T R134a P<L>mix P<V>mix
°C atm atm atm
-70 0,08 0,20 0,13
-65 0,11 0,27 0,18
-60 0,16 0,35 0,24
-55 0,22 0,46 0,32
-50 0,29 0,58 0,42
-45 0,39 0,74 0,55
-40 0,51 0,92 0,70
-35 0,65 1,14 0,87
-30 0,83 1,40 1,09
-25 1,05 1,70 1,34
-20 1,31 2,05 1,64
-15 1,62 2,45 1,98
-10 1,98 2,90 2,37
-5 2,40 3,42 2,82
0 2,89 4,00 3,34
5 3,45 4,65 3,92
10 4,09 5,38 4,57
15 4,82 6,18 5,31
20 5,64 7,08 6,12
25 6,57 8,06 7,03
30 7,60 9,14 8,03
35 8,75 10,32 9,14
40 10,03 11,61 10,35
45 11,45 13,01 11,67
50 13,01 14,53 13,12
55 14,72 16,18 14,70
60 16,60 17,95 16,41
65 18,65 19,86 18,27
70 20,89 21,92 20,28
75 23,33 24,12 22,45
80 25,99 26,48 24,80
85 28,88 29,00 27,34
90 32,02 31,70 30,08
95 35,44 34,57 33,05
100 39,20 37,63 36,29 Tabella 4
Propano/Isobutene (75/25): Tabella P/T
P T R134a P<L>mix P<V>mix
°C atm atm atm
-70 0,08 0,20 0,12
-65 0,11 0,27 0,16
-60 0,16 0,35 0,22
-55 0,22 0,46 0,30
-50 0,29 0,59 0,39
-45 0,39 0,74 0,51
-40 0,51 0,93 0,65
-35 0,65 1,15 0,83
-30 0,83 1,41 1,04
-25 1,05 1,71 1,28
-20 1,31 2,06 1,57
-15 1,62 2,46 1,91
-10 1,98 2,92 2,30
-5 2,40 3,44 2,75
0 2,89 4,02 3,27
5 3,45 4,68 3,85
10 4,09 5,41 4,50
15 4,82 6,22 5,24
20 5,64 7,12 6,06
25 6,57 8,11 6,97
30 7,60 9,20 7,98
35 8,75 10,39 9,09
40 10,03 11,69 10,32
45 11,45 13,10 11,66
50 13,01 14,63 13,12
55 14,72 16,29 14,72
60 16,60 18,08 16,45
65 18,65 20,01 18,34
70 20,89 22,09 20,38
75 23,33 24,32 22,59
80 25,99 26,71 24,98
85 28,88 29,26 27,56
90 32,02 32,00 30,35
95 35,44 34,92 33,38
100 39,20 38,02 36,68 Tabella 5
Propano/Butene (75/25): Tabella P/T
P T R134a P<L>mix P<V>mix
°C atm atm atm
-70 0,08 0,20 0,12
-65 0,11 0,27 0,16
-60 0,16 0,36 0,22
-55 0,22 0,46 0,30
-50 0,29 0,59 0,40
-45 0,39 0,75 0,52
-40 0,51 0,94 0,66
-35 0,65 1,16 0,84
-30 0,83 1,42 1,05
-25 1,05 1,73 1,30
-20 1,31 2,08 1,60
-15 1,62 2,48 1,94
-10 1,98 2,94 2,34
-5 2,40 3,46 2,80
0 2,89 4,05 3,32
5 3,45 4,71 3,90
10 4,09 5,45 4,57
15 4,82 6,26 5,31
20 5,64 7,17 6,14
25 6,57 8,17 7,06
30 7,60 9,26 8,08
35 8,75 10,46 9,21
40 10,03 11,77 10,44
45 11,45 13,19 11,80
50 13,01 14,73 13,27
55 14,72 16,40 14,89
60 16,60 18,21 16,64
65 18,65 20,15 18,54
70 20,89 22,24 20,60
75 23,33 24,48 22,82
80 25,99 26,89 25,23
85 28,88 29,46 27,84
90 32,02 32,22 30,65
95 35,44 35,16 33,71
100 39,20 38,30 37,05

Claims (11)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Impiego di una miscela gassosa scelta dal gruppo che consiste di: - propano in concentrazione da 71% a 79% in peso e da un gas scelto dal gruppo che consiste di isobutene, butene e isobutano o loro miscele in concentrazione da 21% a 29% in peso come gas refrigerante sostitutivo o alternativo di R134a e/o altri refrigeranti sostitutivi o alternativi di R134a contenenti HFC (idrofluorocarburi), HFO (idrofluoro-olefine) e HFE (idrofluoroeteri).
  2. 2. Impiego secondo la rivendicazione 1, ove la miscela gassosa à ̈ costituita da 75% in peso di propano e 25% in peso di isobutene.
  3. 3. Impiego secondo la rivendicazione 1, ove la miscela gassosa à ̈ costituita da 75% in peso di propano e 25% in peso di butene.
  4. 4. Impiego secondo la rivendicazione 1, ove la miscela gassosa à ̈ costituita da 75% in peso di propano e 25% in peso di isobutano.
  5. 5. Impiego secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1, 2, 3 e 4 in cui detta miscela gassosa à ̈ utilizzata in impianti di condizionamento o refrigerazione.
  6. 6. Impiego secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1, 2, 3 e 4 in cui detta miscela gassosa à ̈ utilizzata in impianti di condizionamento degli autoveicoli, banchi frigoriferi per supermercati, celle frigorifere, refrigeratori domestici, gruppi frigoriferi centrifughi, impianti di condizionamento domestici, commerciali e industriali, chiller domestici, commerciali e industriali, impianti di condizionamento o refrigerazione nell'industria di processo, trasporti refrigerati, distributori d'acqua refrigerata, macchine del ghiaccio commerciali e deumidificatori domestici, commerciali e industriali.
  7. 7. Miscela gassosa refrigerante scelta dal gruppo che consiste di propano in concentrazione da 71% a 79% in peso e da un gas scelto dal gruppo che consiste di isobutene, butene e isobutano o loro miscele in quantità da 21% a 29% in peso.
  8. 8. Impianto di condizionamento o refrigerazione contenente come refrigerante una miscela gassosa secondo la rivendicazione 7.
  9. 9. Impianto di condizionamento o refrigerazione secondo la rivendicazione 8, progettato o adattato per l'impiego di una miscela secondo rivendicazione 7 come refrigerante.
  10. 10. Impianto di condizionamento o refrigerazione secondo la rivendicazione 8, consistente in impianti di condizionamento degli autoveicoli, banchi frigoriferi per supermercati, celle frigorifere, refrigeratori domestici, gruppi frigoriferi centrifughi, impianti di condizionamento domestici, commerciali e industriali, chiller domestici, commerciali e industriali, impianti di condizionamento o refrigerazione nell'industria di processo, trasporti refrigerati, distributori d'acqua refrigerata, macchine del ghiaccio commerciali e deumidificatori domestici, commerciali e industriali.
  11. 11. Processo di retrofit in impianti esistenti di condizionamento o refrigerazione, comprendente la sostituzione del gas refrigerante utilizzato in detto impianto con una miscela gassosa scelta dal gruppo che consiste di propano in concentrazione da 71% a 79% in peso e da un gas scelto dal gruppo che consiste di isobutene, butene e isobutano (o loro miscele) in concentrazione da 21% a 29% in peso.
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