SK17102001A3

SK17102001A3 - Spôsob zlepšenia účinnosti chladiacich sústav

Info

Publication number: SK17102001A3
Application number: SK1710-2001A
Authority: SK
Inventors: Nicholas E. Schnur; Bruce J. Beimesch
Original assignee: Cognis Corporation
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2002-08-06
Also published as: MXPA01012160A; CN1276960C; EP2290032A3; AU5329600A; BR0011375A; US20030047707A1; CA2375742C; CZ20014360A3; HK1043146B; SI20748B; EP1198535A4; JP2003501614A; ATE517961T1; US20010019120A1; KR100672118B1; EP1198535A1; TR200103544T2; WO2000075258A1; KR20020015696A; CN1354776A

Description

Spôsob zlepšenia účinnosti chladiacich sústav

Oblasť techniky

Tento vynález sa vzťahuje k spôsobu alebo postupu zlepšenia účinnosti alebo výkonnosti chladiacich sústav, ako sú napr. chladničky a klimatizačné zariadenie, ktoré využívajú pracovnú kvapalinu. Táto pracovná kvapalina sa skladá v podstate z bezchlórovej chladiacej kvapaliny obsahujúcej fluoroskupinu a mazivá, ktoré sú miešateiné a inak kompatibilné s chladiacou kvapalinou v rozsahu prevádzkových teplôt danej sústavy. Chladiacou kvapalinou je s výhodou uhlovodík. Mazivo s výhodou obsahuje ester vzniknutý z alkoholu, obsahujúceho aspoň dve OH-skupiny a karboxylovú kyselinu, ktorá je v podstate alebo výlučne jednomocná.

Doterajší stav techniky

Chladiace systémy, ako sú chladničky a klimatizačné zariadenia alebo kondicionéry, všeobecne spotrebovávajú enormné množstvo energie. Spotreba energie chladiacich sústav sa pravdepodobne zväčšuje ako výsledok výmeny chlór obsahujúcich kvapalín za bezchlórové organické chladiace kvapaliny za účelom ochrannej ozónovej vrstvy.

Výmena R-22 (diflouromonochlórmetánu) za bezchlórovú chladiacu kvapalinu ilustruje tento problém. R-22 má velmi dobré termodynamické vlastnosti, čo má za následok nižšiu objemovú výmenu na tonu chladiaceho prostriedku ako iné komerčné chladiace kvapaliny. Podlá tohto chladiace systémy, používajúce R-22, vyžadujú menej energie ako systémy používajúce iné chladiace kvapaliny vrátane očakávaných výmenných alebo náhradných chladiacich kvapalín pre R-22.

Zlepšenie výkonnosti chladiacich sústav by pomohlo zmenšiť energetické neúčinnosti, ktoré vyplývajú z výmeny alebo náhrady chlór obsahujúcich chladiacich kvapalín s lepšími termodynamickými vlastnosťami. Skutočne, aj malé zlepšenie účinnosti chladiacich sústav sa môže premeniť na velké peňažné úspory poskytované veľkými množstvami energie, ktoré sú spotrebovávané týmito sústavami. Takéto zlepšenia účinnosti by taktiež zvýhodňovali životné prostredie, keďže akékolvek zníženie energetických požiadaviek zmenší nepriaznivý účinok na životné prostredie spôsobený produkciou energie.

Preto je cieľom tohto vynálezu zlepšiť účinnosť chladiacich systémov z hľadiska zníženia ich energetických Cieľom je tiež zlepšenie tejto kvapalinami, ktoré sú kompatibilné s chladiacimi systémami a zostávajú v nich počas dlhej doby prevádzky.

požiadaviek a potrieb, výkonnosti s pracovnými

Podstata vynálezu

Bolo zistené, že účinnosť chladiacej sústavy, ako napr. klimatizačných zariadení, kondicionérov, chladničiek, mraziacich skríň alebo mrazničiek, sifónových, resp. vertikálnych dávkovačov a iných chladiacich zariadení, je zlepšená použitím pracovných kvapalín skladajúcich sa v podstate z chladiacej kvapaliny a maziva, ktoré sú miešatelné v rozsahu prevádzkových teplôt sústavy. Toto zistenie sa aplikuje na chladiaci systém skladajúci sa z aparatúry, ktorá obsahuje kompresor, kondenzátor alebo chladič, expanzné zariadenie a odparovač, v súvislosti s tokom príslušnej tekutiny. Uprednostnená aparatúra je typu hermeticky utesneného kompresora, v ktorom mazivo, ktoré maže pohybujúce sa časti chladiaceho zariadenia, je miešatelné s chladiacou kvapalinou počas prevádzky daného zariadenia alebo aparatúry.

Toto zistenie sa vzťahuje na pracovné kvapaliny skladajúce sa v podstate z bezchlórových organických chladiacich kvapalín, s výhodou fluórovaných uhľovodíkov a mazív obsahujúcich základné zložky z esterov alebo miešaných esterov. Esterové mazivá sú tvorené z alkoholov obsahujúcich aspoň dve OH-skupiny a karboxylovú kyselinu, ktorá je v podstate alebo úplne jednomocná. Aspoň časť kyselinových zložiek je hlavne tvorená kyselinami s priamymi reťazcami s tromi až šiestimi uhlíkovými atómmi alebo kyselinami s tromi až deviatimi uhlíkovými atómmi, pričom aspoň jeden uhlík je viazaný k trom iným uhlíkovým atómom.

Estery sú s výhodou tvorené zo zmesi alkoholov a kyselín na spracovanie alebo využívanie surovín alebo východiskových produktov z takých zmesí. Mazivo môže obsahovať taktiež zmes esterov. Mazivo môže byť tvorené z jedného esteru alebo esteru zmiešaného s jedným alebo viacerými aditívami.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Ďalšie výhody predloženého vynálezu budú ľahko ocenené alebo vysoko hodnotené, keďže sa stanú lepšie pochopiteľné odkazmi na nasledujúci podrobný popis, keď sú posudzované v spojení s sprievodnými obrázkami, kde:

Obr.l ukazuje schému chladiaceho systému použitého v testovacom programe.

Obr.2 je graf ukazujúci účinnosť chladiacej aparatúry typu hada z rovných hladkých rúriek, používajúcu miešatelnú pracovnú kvapalinu z príkladu 1, v porovnaní s účinnosťou pre rovnaké zariadenie používajúce nemiešatelnú pracovnú kvapalinu z príkladu A.

Obr. 3 je graf znázorňujúci percentuálny rozdiel účinnosti chladiaceho zariadenia typu rovného rúrkového hada a používajúceho miešateľnú pracovnú kvapalinu z príkladu 1 v porovnaní s účinnosťou rovnakého zariadenia používajúceho nemiešateľnú pracovnú kvapalinu z príkladu A.

Obr.4 je graf ukazujúci účinnosť chladiacej aparatúry typu hada z mikrorebrovaných rúrok s použitím miešatelnej pracovnej kvapaliny z príkladu 1 v porovnaní s účinnosťou pre rovnakú aparatúru s použitím nemiešatelnej pracovnej kvapaliny z príkladu A.

Obr.5 je graf znázorňujúci percentuálny rozdiel účinnosti chladiaceho zariadenia typu had z mikrorebrovaných rúrok s použitím miešatelnej pracovnej kvapaliny z príkladu 1 v porovnaní s účinnosťou pre rovnaké zariadenie, ale s použitím nemiešatelnej kvapaliny z príkladu A.

Obr.6 je graf zobrazujúci účinnosť chladiacej aparatúry typu hada z mikrorebrovaných rúrok s použitím miešateľných kvapalín z príkladu 1 a 2.

Obr. 7 je graf ukazujúci percentuálne rozdiely účinnosti chladiaceho zariadenia typu hada z mikrorebrových rúrok s použitím miešateľných pracovných kvapalín z príkladu 1 a 2 v porovnaní s účinnosťou pre rovnaké zariadenie s použitím nemiešatelnej pracovnej kvapaliny z príkladu A.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Okrem prevádzkových príkladov alebo tam, kde je výslovne uvedené inak, je treba všetky číselné množstvá v tomto popise, uvádzajúce množstvo materiálu alebo reakčné podmienky a/alebo použitie, chápať ako modifikované podľa termínu „približne pri definícii najširších oblasti vynálezu. Spôsob alebo postup v rámci rozsahov, odpovedajúci uvedeným presným množstvám, je však výhodnejší.

do kondenzátora 14 potom prechádzajú

Typický chladiaci systém, ku ktorému sa tento vynález vzťahuje, je ilustrovaný schémou uvedenou na obr.l. Takéto systémy by obsahovali klimatizačné zariadenie, kondicionéry, chladničky, mrazničky, sifónové, resp. vertikálne dávkovače, ako aj iné chladiace zariadenia. Schéma tohto chladiaceho systému ilustruje typický operačný cyklus chladiacej aparatúry 10, ktorý zahŕňa kroky kompresie, kondenzácie, expanzie a odparovania chladiacej kvapaliny. V zariadení 10 je chladiaca kvapalina s príslušným mazivom vytlačovaná rúrkou 12 Kondenzovaná chladiaca kvapalina a mazivo do expanzného ventilu 16 a potom do odparovača 18. Odparovač 18 v podstate odparuje chladiacu kvapalinu a plynná kvapalná fáza chladiacej kvapaliny a mazív sú dopravované rúrkou 12 na recirkuláciu celým chladiacim zariadením 10. Schéma tiež ukazuje prítomnosť termočlánkových sond (T) 22, používaných na výpočet prenosu energie odparovačom, tlakových snímačov (P) 24 na meranie absolútneho tlaku (P) a zmien tlaku (ΔΡ) v kondenzátore 14 a odparovači 18, hmotnostného prietoku 26 na meranie prietoku chladivá a pozorovacieho okienka 28. V chladiacom cykle ilustrovanom na obr.l zostávajú kvapalné fázy chladiacej kvapaliny a maziva miešatelné.

Možno sa domnievať, že vynález sa týka podstatného množstva rôznych chladiacich kvapalín obsahujúcich ako bezchlórové tak chlór obsahujúce organické zlúčeniny. Zvlášť zaujímavé sú organické zlúčeniny, zvlášť fluórované uhľovodíky, obsahujúce bezchlórovú fluóroskupinu.

Najpreferovanejšími fluorovanými uhľovodíkmi sú difluórmetán, pentafluórmetán, difluór-1, 1-etán, trifluór-1, 1, 1-etán, tetrafluór-1, 1, 1, 2-etán a ich zmesi.

Vynález sa týka mazív, ktoré sú miešatelné a kompatibilné s príslušnou chladiacou kvapalinou pri všetkých prevádzkových teplotách chladiaceho systému. Zvlášť zaujímavé sú mazivá, ktoré obsahujú alebo sa skladajú hlavne z esterových surovín alebo esterov zmiešaných s príslušnými aditívami. Estery vhodné pre tento vynález sú estery alkoholov, ktoré obsahujú aspoň 2, alebo lepšie 3 OH-skupiny v neesterifikovanej forme.

Pri príprave polyolesterových mazív určených na to, aby boli miešatelné s organickými zlúčeninami obsahujúcimi bezchlórovú fluóroskupinu, sú s výhodou používané určité polyoly a kyseliny a úmerné podiely polyolov a kyselín, ako to bude uvedené ďalej. Je napr. uprednostňované s rastúcou preferenciou v danom poradí, t.j. pre estery s nižšou viskozitou najmenej 62, 78 alebo 90% číselných alkoholických zložiek esterov podlá tohto vynálezu neobsahuje viac ako 18, lepšie nie viac ako 10, ešte lepšie nie viac ako 8 uhlíkových atómov. Taktiež nezávisle je výhodné, s rastúcou prednosťou v danom poradí, že aspoň 62, 81 alebo 90% číselných alkoholických zložiek v esteri (alebo esteroch) obsahuje aspoň jeden uhlíkový atóm viazaný ku štyrom iným uhlíkovým atómom jednoduchými väzbami alebo iným slovami, nejaký „neouhlíkový atóm. Nezávisle a výhodne s rastúcou preferenciou je aspoň 62, 81, 90 alebo 98% číselných alkoholických zložiek pre dané estery sú tie, ktoré sú odvodené z pentaerytritolu so vzorcom C-(CH2OH)₄, dipentaerytritolu so vzorcom (HOCH) 2CCH2OCH2 (CH2OH) ₃a dimetyl-2, 2-propán-l, 3-diolu (bežnejšie známeho ako neopentylglykol) so vzorcom (H3C) 2 (CH₂OH)2 a z 2, 2-dimetylol-lbutanolu (bežnejšie známeho ako „trimetylol-1, 1, 1-propán alebo „TMP). Nezávisle a výhodne s rastúcou preferenciou sú pri najmenej 81, 90 alebo 98% číselných alkoholickej zložky odvodené z pentaerytritolu alebo dipentaerytritolu. Ak sú požadované esterové mazivá s vyššou viskozitou, je výhodné s rastúcou preferenciou, aby aspoň 22, 33, 48 a 68% číselných alkoholických zložiek bolo odvodených z dipentaerytritolu.

Podlá toto vynálezu môžu byť pre estery používané nenasýtené, ako aj nasýtené alkoholy. Uprednostňované sú nasýtené alkoholy. Používané môžu byť tiež substituované alkoholy rovnako ako nesubstituované alkoholy, ale dáva sa prednosť tomu, aby použité alkoholy nemali žiadne substituenty iné ako alkoxy-, fluór- a/alebo chlór skupiny. Ako u kyselín alebo acylskupín, ktoré boli použité pre estery podľa tohoto vynálezu, sú všeobecne nesubstituované alkoholy ekonomickejšie a z tohto dôvodu najviac uprednostňované.

Karboxylové kysliny používané na prípravu esterov najradšej obsahujú dostatočnú frakciu acylskupín, ktoré vyhovujú aspoň jednému z nasledujúcich dvoch kritérií. Acylskupiny musia obsahovať deväť uhlíkových atómov alebo menej a obsahujú aspoň jeden uhlíkový atóm viazaný na tri ďalšie uhlíkové atómy jednoduchými väzbami a/alebo majú priamy rovný reťazec s tromi až šiestimi uhlíkovými atómmi. Aby príslušné estery vyhovovali požiadavkám vynálezu na miešateľnosť, uprednostňuje sa, aby aspoň 22% číselných acylskupín v esteri alebo zmesi esterov, ktoré sú mazivami a/alebo surovinami (alebo východzími produktami) podlá vynálezu, vyhovovalo aspoň jednému z týchto kritérií. S rastúcou prednosťou by v danom poradí uvádzanom v číselných percentách acylskupín vyhovujúcich jednému alebo obidvom týmto kritériám bolo aspoň 33, 42, 50, 67, 86 alebo pre mazivá s malou viskozitou 92%.

Naviac a nezávisle, percentuálny obsah acylskupín obsahujúcich najmenej deväť uhlíkových atómov nebude väčší ako 81, alebo s rastúcou prednosťou nie väčší ako 67, 56, 45 alebo 33 číselných percent. Taktiež sa uprednostňuje, aby aspoň 90% číselných acylskupín vo všetkých esteroch použitých podľa vynálezu nemalo viac ako dvadsať uhlíkových atómov pre každú skupinu.

V mnohých uskutočneniach pódia vynálezu môžu byť účinne používané buď čisté estery alebo zmesi esterov vyhovujúcich vyššie uvedeným kritériám. Všeobecnejšie sú ekonomickejšie zmesi esterov, keďže môžu byť pripravené z komerčne dostupných východzích materiálov bez nákladného čistenia ako nutnou podmienkou. V jednom uskutočnení vynálezu sú zmesi esterov uprednostňované ako z účinnostných, tak aj z ekonomických dôvodov. Kde sú požadované mazivá s primeranou malou až vysokou viskozitou, je preferované s rastúcou preferenciou, aby najmenej 12, 16, 21, 29, 33 alebo 40% číselných acylskupín v esteroch, ktoré budú používané pre daný vynález, obsahovalo aspoň 7, s výhodou aspoň 8 a najvýhodnejšie 9 uhlíkových atómov každá. Uprednostnenou kyselinou s 8 uhlíkmi je etyl-2hexánová kyselina (kaprónová) a s 9 uhlíkovými atómmi je trimetyl-1, 3, 5, 5-hexánová kyselina.

Vysoko žiaducou zložkou je tetraester pentaerytritolu zo zmesi kyselín s približným obsahom 57% hmotn. izo- alebo ipentánovej kyseliny, ktorý je na účely danej špecifikácie definovaný ako zmes pentánovej kyseliny, metyl-2-butánovej kyseliny a metyl-3-butánovej kyseliny s zhruba 43% hmotn. trimetyl-3, 5, 5 -hexánovej kyseliny. Naviac a nezávisle, izoalebo i-pentánová kyselina môže s rastúcou preferenciou doplniť aspoň 3, 5, 7, 11 alebo 14 číselných percent, ak je to nutné na zlepšenie miešatelnosti esterového maziva s chladiacou kvapalinou.

Všeobecne sú uprednostňované zmesi príslušných kyselín. Na najviac účelov sú preferovanými kyselinami kyseliny, ktoré majú 5, 7 a 9 uhlíkových atómov. Je preferované s rastúcou preferenciou, aby najmenej 60, 68, 75, 81, 92 a 98 % číselných acylskupín malo 5, 6, 7, 8, 9, 10 alebo s výhodou 5, 7, alebo 9 uhlíkových atómov a ešte výhodnejšie 5 alebo 9.

Pre mazivá a/alebo suroviny alebo východiskové produkty podľa vynálezu v daných rozsahoch menšej viskozity sú v podstate všetky acylové skupiny v esteroch s výhodou jednomocné. Pri rozsahoch vyššej viskozity sú preferované niektoré dvojmocné acylskupiny, keďže sa možno domnievať, že estery obsahujú dve alebo viac alkoholických zložiek, resp. jednotiek, spojených takými dvojmocnými acylskupinami so všetkými ostatnými hydroxylovými polohami na alkoholoch odpovedajúcich tým, ktoré boli esterifikované monoacylskupinami, sú zvlášť výhodné typy esterov na použitie podlá tohto vynálezu. („Alkoholický podiel v akomkolvek estery je tu definovaný ako pripojená časť esteru, ktorá by ostala, keby boli všetky acylskupiny z esteru odstránené. Príslušná skupina tu môže byť označovaná ako „kyselinový podiel alebo časť v príslušnom estery). Ak sú jedna alebo viac acylskupín v estery dvojmocné, je daný ester označovaný ako „komplexný ester; takéto estery obsahujú skôr dve alkoholické zložky, ktoré môžu byť rovnaké alebo rôzne, ale sú obidve typu, ktorý už bol popísaný. Estery podlá vynálezu s len jednou alkoholickou zložkou a so všetkými acylskupinami jednomocnými môžu tu byť označované ako „jednoduché polyolové estery.

Nezávislou podmienkou alebo obmedzením ohľadne pomeru medzi jednomocnými kyselinami a kyselinami s vyšším mocenstvom, ako majú reagovať je, že príliš veľký podiel kyselín s viac ako jedným mocenstvom môže mať za následok nežiadúce množstvo vysokomolekulárneho polyméru s ohladom na skutočnosť, že všetky alebo v podstate všetky alkoholy, ktoré budú reagovať, majú taktiež aspoň dve reaktívne skupiny. Z tohto dôvodu sa vzrastajúcou mierou dáva prednosť tomu, aby pomer ekvivalentov z jednomocných kyselín k ekvivalentom zo zreagovaných dvojmocných alebo viacmocných kyselín bol najmenej 1, 1,76 alebo 2,69. Taktiež množstvo acylskupín s valenciou vyššou ako 2 prednostne nie je viac ako 2% číselných celkového množstva všetkých acylskupín.

Pri vzrastajúcej preferencii v danom poradí sa uprednostňuje, aby aspoň 55, 67, 81 alebo 92% číselných dvojmocných acylskupín v esteroch používaných podľa tohto vynálezu malo 4 až 12 alebo radšej 6 až9 uhlíkových atómov a nezávisle sa ďalej dáva prednosť pri rastúcej preferencii v danom poradí, aby aspoň 55, 67, 81 alebo 92 % číselných jednomocných acylskupín v esteroch neobsahovalo viac ako 18, s výhodou nie viac ako 9 a ešte výhodnejšie nie viac ako 7 uhlíkových atómov.

Ďalej a nezávisle je žiadúce, aby pre adekvátnu rozpustnosť vo vysoko fluórovaných chladiacich kvapalinách pomer percentuálneho množstva (%) acylskupín v estery alebo v esteroch, ktoré obsahujú 8 alebo viac uhlíkových atómov a nie sú vetvené, k % acylskupín v estery alebo esteroch, ktoré sú obidve rozvetvené a neobsahujú viac ako šesť, s výhodou nie viac ako päť uhlíkových atómov, nebolo viac ako 1,56, s výhodou nie viac ako 1,21 alebo ešte výhodnejšie nie viac ako 1,00.

Nasýtené a nenasýtené acylskupiny môžu byť používané obidve, ale nenasýtené acylskupiny sú preferované. Tiež substituované rovnako ako nesubstituované acylskupiny môžu byť používané v esteroch podľa vynálezu, ale prednosť sa dáva tomu, aby acylskupiny nemali žiadne substituenty iné ako alkoxy-, fluór- a/alebo chlórskupiny. Všeobecne sú nesubstituované acylskupiny viac ekonomické a sú z tohto dôvodu väčšinou uprednostňované.

Nezávisle na všetkých ostatných preferenciách sa stále vo väčšej miere uprednostňuje, aby nebolo používané viac ako 20, 14, 9, 5 a 2% číselných kyslíkových atómov esteroch, ktoré majú byť použité v príslušnej kompozícii podľa vynálezu, aby boli chemicky viazané (na rozdiel od „viazaný vodíkovou väzbou”) k vodíkovému atómu.

Pri každom z esterov, ktoré tvoria mazaciu kompozíciu pódia vynálezu, možno získať kyselinových derivátov, ako sú acylchloridy a estery kyselín namiesto reakcie kyselín. Kyseliny sú všeobecne uprednostňované z ekonomických dôvodov a sú tu uvádzané v príkladoch, ale je tiež potrebné chápať, že estery definované v tomto prípade ich reaktívnymi zložkami s kyselinami, môžu byť rovnako dobre získané reakciou alkoholov s odpovedajúcimi derivátmi kyselín.

reakciou kyselín, samotných rovnaké estery napr. anhydridy („DPE) a O až 3% hmotn. celkom uspokojivé, aby bol prípravu esterov vysokej

Ohľadne reaktívnych zložiek esterov, ktoré tvoria mazaciu kompozíciu podľa vynálezu je nutné chápať, že hoci sú jednoznačne špecifikované iba žiadúce alkoholy a kyseliny, možno vo väčšine prípadov tolerovať určité množstvo druhu nečistôt, ktoré sú normálne prítomné v technických alebo priemyselných produktoch. Napr. „techn. pentaerytritol (PE) normálne obsahuje rádovo 85 až 90% hmotn. mono PE, spolu s 10 až 15% hmotn. dipentaerytritolu tripentaerytritolu („TPE) a je v mnohých prípadoch použitý na kvality. Taktiež „komerčná izopentánová kyselina normálne obsahuje 65% hmotn. N-pentánovej kyseliny a približne 35% hmotn. izopentánových kyselín vybraných zo skupiny skladajúcej sa z metyl-2-butánovej kyseliny a metyl-3-butánovej kyseliny.

V praxi bolo zistené, že reakcia medzi alkoholom, resp. alkoholmi a kyselinovými reakčnými zložkami príslušných esterov postupuje efektívnejšie, keď množstvo kyseliny pôvodne vloženej do reakčnej zmesi je dostatočné, aby poskytlo nadbytok 10 až 25% ekvivalentov kyseliny voči ekvivalentom alkoholu zreagovaného s kyselinou.(Ekvivalent kyseliny je definovaný na účely tohto opisu ako množstvo obsahujúce množstvo jedného gramekvivalentu karboxylových skupín, zatiaľ čo ekvivalent alkoholu je množstvo obsahujúce hmotnosť jedného gramekvivalentu hydroxylových skupín.) Zloženie zmesi kyselín a alkoholov, ktoré aktuálne zreagovali, môže byť určené analýzou esterového produktu ohľadne obsahu jeho acylskupiny

Pri príprave esterového produktu podlá tohto vynálezu bude mať reagujúca kyselina nižší bod varu ako reagujúci alkohol(y) a daný ester(y). Ak sa získa táto podmienka, dáva sa prednosť odstráneniu daného množstva akejkoľvek nadbytočnej kyseliny zostávajúcej na konci esterifikačnej reakcie destiláciou, najlepšie pri nízkom tlaku, ako napr.l až 5 torr.

Po tejto vákuovej destilácii je produkt často pripravený na použitie ako surovina na zostavovanie mazacej zmesi podľa tohto vynálezu. Ak je žiadúce čistenie produktov, môže byť obsah voľnej kyseliny v produkte po prvej vákuovej destilácii ďalej znížený reakciou s epoxyestermi, ako je to uvedené v patente US 3,485.754 alebo neutralizáciou s akýmkoľvek vhodným alkalickým materiálom, ako napr. vápnom, hydroxidmi alkalických kovov alebo uhličitanmi alkalických kovov.

Ak je použitá reakcia s epoxyestermi, môžu byť nadbytočné epoxyestery odstránené druhou destiláciou za veľmi nízkeho tlaku, zatiaľ čo produkt reakcie medzi epoxyesterom a zostatkovou kyselinou môže byť ponechaný v danom produkte bez škody. Ak je ako čistiaci spôsob použitá alkalická neutralizácia s následným premývaním vodou, aby sa odstránila akákoľvek nezreagovaná nadbytočná mastná kyselina neutralizovaná alkalický lúhom, je pred použitím produktu výrazne uprednostňované vytvorenie mazacej zmesi z esterov.

Za určitých aplikačných podmienok bude tu opísaná základná esterová zložka fungovať uspokojivo ako kompletné mazivo. Avšak všeobecne sa dáva prednosť tomu, aby kompletné mazivo obsahovalo iné materiály všeobecne známe v tomto odbore ako aditíva, ako napr. prostriedky zlepšujúce odolnosť proti oxidácii a tepelnú stabilitu, inhibítory korózie, deaktivátory kovov, aditíva na zlepšenie viskózneho indexu, depresory teploty tuhnutia a/alebo teploty flokulácie, detergenty, disperzanty, prostriedky podporujúce penenie, odpeňovacie prostriedky, aditíva proti opotrebeniu a na odolnosť proti extrémnemu tlaku a kyslé čistiace prostriedky. Mnohé aditíva môžu zhoršovať ako odolnosť proti opotrebovaniu, tak aj odolnosť proti extrémnemu tlaku, alebo fungujú potom ako deaktivátory kovov aj ako inhibítory korózie. Keď to zhrnieme, všetky aditíva s výhodou nepresahujú 8% hmotn., alebo výhodnšjšiz nepresahujú 5% hmotn., počítané na celkové zloženie kombinovaného maziva.

Účinné množstvo predchádzajúcich typov aditív je všeobecne v rozsahu od 0,01 do 5% hmotn. pre antioxidačnú zmes, 0,01 až % hmotn. pre zmes inhibítorov proti korózii, od 0,001 do 5% hmotn. pre komponent deaktivátora kovov, od 0,5 do 5% hmotn. pre aditíva zlepšujúce mazivosť, od 0,01 do 2% hmotn. pre každý prostriedok na zlepšenie indexu viskozity a zníženie bodu tuhnutia a/alebo bodu flokulácie, od 0,1 do 5% hmotn. pre každý detergent a disperzant, od 0,001 do 0,1% hmotn. pre prostriedky podporujúce penenie alebo odpeňovacie prostriedky a od 0,1 až 2 % hmotn. pre prostriedky proti opotrebovaniu a prostriedky zväčšujúce odolnosť proti extrémnemu tlaku a 0,05 až 2% hmotn. pre kyslý čistič. Všetky tieto percentá vyjadrujú hmotnostné percentá a sú založené na celkovej hmotnosti mazacej kompozície. Je potrebné si uvedomiť, že väčšie alebo menšie množstvo, ako sú uvedené množstva aditív, môžu byť za určitých okolností alebo aplikácií vhodnejšie a že jednoduchý molekulárny typ alebo zmes takých typov môžu byť používané pre každý typ komponentov aditíva.

Predchádzajúce príklady sú určené len ilustratívne a nie sú limitujúce okrem toho, ako sú vymedzené pripojenými nárokmi.

Príklady vhodných prostriedkov zlepšujúcich odolnosť proti oxidácii a tepelnú stabilitu sú difenyl-, dinaftyla fenyl(naftyl)aminy, v ktorých fenyl- a naftylskupiny môžu byť substituované, napr. za N, N'-difenyl(fenylén)diamín, poktyl(defenyl)amín, p,p-dioktyl(difenyl)amín, N-fenyl-1(naftyl)amín, N-fenyl-2-(naftylamín), N-(p-dodecyl)-fenyl-2naftylamín, di-l-naftylamín a di-2-nyftylamín; fenotiazíny, ako napr.N-alkyl(feno)tiazíny, imino(-bisbenzyl); a rušené fenoly, ako napr. 6-(t-butyl)fenol, 4, 4'-metylénbis(-2, 6-di(t-butyl))fenol a podobne.

Príklady vhodných deaktivátorov kovovej medi sú imidazol, benzamidazol, merkapto-2-benzotiazol, dimerkapto-2,5tiadíazol, salicylidín(propylén)diamín, pyrazol, benzotriazol, tolutriazol, metyl-2-benzamidazol, dimetyl-3,5-pyrazol a metylén-bis-benzotriazol. Uprednostňované sú deriváty benzotriazolu. Iné príklady ďalších všeobecných deaktivátorov kovov a/alebo inhibítorov korózie obsahujú organické kyseliny a ich estery, soli kovov a anhydridy, ako napr. noleylsarkosín, sorbitanmonoleát, naftenát olovnatý, kyselina dodecyljantárová a jej čiastočné estery a amidy, a kyselina nonyl-4-fenoxyoctová; primárne, alifatické organických rozpustné a cykloalifatické estery, amíny, amidy, zlepšenie indexu na sekundárne a terciárne amíny a aminické soli a anorganických kyselín, ako napr. v olejoch alkylamóniumkarboxyláty; zlúčeniny obsahujúce heterocyklický dusík, ako napr. tiadiazoly, substituované imidazolíny a oxazolíny; chinolíny, chinóny a antrachinóny; propylgalát; dinonyl(naftalén)sulfonán barnatý; deriváty esterov a amidov a alkenyljantárové anhydridy alebo kyseliny, ditiokarbamáty, ditiofosfáty, aminické soli alkylsuperfosfátov a ich derivátov.

Príklady vhodných prísad na zlepšenie mazivosti obsahujú siloxánové polyméry, polyoxyalkénové polyméry, polyalkenylglykol a deriváty mastných kyselín a prírodných olejov s dlhými reťazcami, ako sú napr imidazoly a boritany.

Príklady vhodných prostriedkov viskozity zahŕňajú polymetakryláty, polybutény, styrénakrylátové kopolyméry a etylénpropylénové kopolyméry.

Príklady vhodných látok na zníženie bodu tuhnutia a/alebo teploty flokulácie obsahujú polyamidakryláty, ako napr. metakrylát(etylén)vinylacetátové terpolyméry; deriváty alkylovaného naftalénu a produkty Friedel-Craftsovej katalyzovanéj kondenzácie močoviny s naftalénom alebo fenoly.

vhodných detergentov a/alebo disperzantov amidy kyseliny polybutenyljantárovéj; deriváty polybutenylfosfónovej; alkylsubstituované aromatické kyseliny sulfónové a ich soli s dlhými reťazcami; a metylové soli alkylsulfidov, alkylfenolov a kondenzačných produktov alkylfenolov a aldehydov.

Príklady zahŕňajú kyseliny

Príklady vhodných odpeňovacích prostriedkov obsahujú silikónové polyméry, siloxánové polyméry a polyoxyalkénové polyméry a niektoré akryláty.

Príklady látok podporujúcich penenie zahŕňajú silikónové polyméry s rôznou molekulárnou štruktúrou ako majú silikónové polyméry používané ako odpeňovače, siloxánové polyméry a polyoxyalkénové polyméry.

Príklady vhodných činidiel proti opotrebovaniu a na zvýšenie odolnosti proti extrémnemu tlaku zahŕňajú sulfurované mastné kyseliny a ich estery, ako napr. sulfurovaný oktyltalát; sulfurované terpény; sulfurované olefíny; organopolysulfidy; organofosforové deriváty vrátane aminických fosforenčnanov, alkylované kyslé fosforečnany, dialkylfosforečnany, amínditiofosforečnany, trialkyla triarylfosfortionáty, trialkyl- a triarylfosfiny a dialkylfosforitany, ako napr. amínové soli monohexylesteru fosforečnej kyseliny, amínové soli dinonyl(naftalén)sulfonátu, trifenylfosforečnan, trinaftylfosforečnan, difenylkresyl- a dikresylfenylfosforečnany, naftyldifenylfosforečnan, trifenylfosfortionát; ditiokarbamáty ako napr. antimóndialkylditiokarbamát; chlórované a/alebo fluórované uhľovodíky a xantogénany.

Príklady vhodných čistiacich kyslých prostriedkov sú epoxyzlúčeniny majúce najmenej jednu epoxyzlúčeninu vo svojej molekule. Uprednostňovanými kyslými čističmi sú zlúčeniny majúce najmenej jednu glycidylesterovú skupinu vrátane alifatických glycidyléterov, ako sú napr. propylénglykol, diglycidyléter, neopentyl(glykol)-diglycidyléter, bután-1,4diol(diglycidyl)éter a propanol-l-diglycidyléter; aromatické glycidylétery, ako sú napr. fenylglycidyléter, kresylglycidyléter a glycidyléter aduktu bisfenolu A s alkylénoxidom a polyalkylénglykoldiglycidyléter. V diglycidylétery polyalkylénglykolu alebo iných aduktoch alkylénoxidov, prednostne základnými alkylénovými skupinami sú etylén, propylén, butylén, atď. a ich preferovaná molekulová hmotnosť je 1000 alebo menej.

Za určitých prevádzkových podmienok sa možno domnievať, že prítomnosť v mazivách typu polyéterických poyolov, ktoré boli hlavnými zložkami určitých skorších základných surovín mazív, ktoré boli spomínané, že sú užitočné s fluórovanými chladiacimi kvapalinami, sú menej ako optimálne stabilné a/alebo neprimerane kompatibilné s niektorými najužitočnejšími mazacími aditivami. Tak v jednom uskutočnené tohto vynálezu je uprednostňované, aby základné zložky mazív a mazivo boli v podstate zbavené takých polyéterických polyolov. Termínom „v podstate zbavené sa myslí, že daná kompozícia neobsahuje viac ako približne 10 hmotn.%, s výhodou nie viac ako približne 2,6 hmotn.% a najvýhodnejšie nie viac ako zhruba 1,2 hmotn.%, počítané na uvedené materiály.

Pri formulovaní pracovnej kvapaliny pódia tohto vynálezu by vybrané zložky chladiacich kvapalín a mazív pracovnej kvapaliny mali mať chemickú charakteristiku a mali by byť prítomné v takom pomere k sebe navzájom, aby mazivo zostalo miešatelné s chladiacou kvapalinou v celom rozsahu pracovných teplôt, ktorým je pracovná kvapalina vystavená počas činnosti chladiaceho systému, v ktorom je použitá daná pracovná kvapalina. Takéto systémy sa enormne menia podľa ich prevádzkových podmienok. Podlá tohto je často adekvátne, ak pracovná kvapalina zostane miešateľná až do +30°C, hoci je vzrastajúcou mierou lepšie, aby pracovná kvapalina zostala miešatelná až do 45°, 60°, 71° a konečne 100°C. Podobne je často primerané, ak pracovná kvapalina zostane miešateľná pri ochladení na 0°C, hoci sa rastúcou mierou preferuje, ak zostane pracovná kvapalina miešateľná až do -15°, -27°, -42°, -50°, -57° a -60°C. Miešatelné pracovné tekutiny skladajúce sa hlavne z bezchlórových, fluóroskupinu obsahujúcich chladiacich kvapalín a zmiešané esterové mazivá môžu byť získané, ako to bolo uvedené vyššie. Miešateľnosť v príslušnom teplotnom pri práci že pracovná viskozity rozsahu pre pracovné kvapaliny, obsahujúce až 1, 2, 4, 10 a 15% z hmotnosti maziva je postupne preferovanejšie.

Podlá skúseností z tohto vynálezu pracovná kvapalina, skladajúca sa hlavne z chladiacej kvapaliny a základná zložka maziva alebo zloženého maziva, je používaná prevádzkových chladiacich systémov takým spôsobom, kvapalina zlepšuje účinnosť chladiacej sústavy.

Prevádzkové a uprednostňované rozsahy a kolísania či zmena viskozity s teplotou pre mazacie kompozície podľa tohto vynálezu sú všeobecne rovnaké, ako tu už boli stanovené v danom odbore pre mazivá, ktoré majú byť používané v chladiacich systémoch spolu s chladiacou kvapalinou, zvlášť pre chladiacu kvapalinu (teplonosné médium) z fluórovaných a/alebo chlórfluórovaných uhľovodíkov. Všeobecne, ako to bolo uvedené vyššie sa uprednostňuje, aby mazivá podľa tohto vynálezu mali hodnoty stupňa viskozity podľa Medzinárodnej organizácie pre normalizáciu („ISO) medzi 15 a 320. Rozsahy viskozity pre niektoré hodnoty viskózneho stupňa ISO sú uvedené v tabulke 1.

TABUĽKA 1

Hodnota stupňa viskozity ISO
2
3
5
7
10
15
22
32
46
68
100
150
220
320
460
680
1000
1500

Rozsah viskozity
(centistoky pri
40°)
Minimum	Maximum
1, 98	2,42
2,88	3,53
4,14	5, 06
6, 12	7,48
9, 00	11,00
13,00	16, 5
19, 8	24,2
28,8	35,2
41,4	50, 6
61,2	74,8
90	110
135	165
198	242
288	352
414	506
612	748
900	1100
1350	1650

Príprava základných zložiek esterových mazív podľa vynálezu je popísaná s ďalšími podrobnosťami v nasledujúcich príkladoch.

IX

Všeobecný postup syntézy esterov

Alkohol a kyselina, ktoré majú zreagovať, spolu s vhodným katalyzátorom, ako sú napr. dibutyldiacetát, šťavelan cíničitý, kyselina fosforečná, a/alebo tetrabutyltitaničitan, boli vložené do banky s guľatým dnom vybaveným miešačkou, teplomerom, zariadením na rozprašovanie dusíka, chladičom a lapačom recykluj. Kyselina bola plnená v približne 15% molárnom nadbytku proti alkoholu. Množstvo katalyzátora bolo od 0,02 do 0,1% hmotn. z celkovej hmotnosti zreagovanej kyseliny a alkoholu.

Reakčná zmes bola zahriata na teplotu zhruba medzi 220 a 230°C a voda z výslednej reakcie bola zhromažďovaná v lapači, zatial čo refluxujúca kyselina bola vrátená do reakčnej zmesi. Nad reakčnou zmesou bolo udržované čiastočné vákuum, čo je nutné na dosiahnutie spätného toku (refluxu).

Z reakčnej zmesi bolo príležitostne odoberané na stanovenie hydroxylového čísla, a po poklese hydroxylového čísla pod 5,0 mg KOH na gram zmesi bola väčšina nadbytočnej kyseliny odstránená destiláciou po použití najvyššieho vákua, ktoré možno získať s použitou aparatúrou, pričom sa teplota znížila približne na 190°C. Reakčná zmes potom bola ochladená a zostatková kyslosť bola úplne odstránená, ak je to žiadúce, reakciou s vápnom, hydroxidom sodným alebo epoxyestermi. Pred homogenizáciou a testovaním fázovej zlučiteľnosti bolo výsledné mazivo alebo základná zložka maziva sušená a filtrovaná.

PRÍKLAD 1 A 2 /y

Dve chladiace pracovné kvapaliny boli testované v chladiacom systéme založenom na kompresii pár, podobnom tomu, ktorý je popísaný na obr.2. Jedna z týchto kvapalín (príklad Ά) obsahuje chladiacu kvapalinu a mazivo na báze minerálneho oleja, o ktorom je známe, že je s chladiacou kvapalinou (teplonosným médiom) nemiešatelné. Minerálny olej je naftenický chladiaci olej Iso 32. Druhá pracovná kvapalina (príkladl) obsahuje mazivo obsahujúce polyolový ester, ktorý je miešatelný s chladiacou kvapalinou. Chladiaca kvapalina je alebo médium použité v obidvoch príkladoch tetrafluór-1,1,1,2-etán (R134a). Polyolový ester z príkladu 1 je tvorený z pentaerytritolu a zmesi 37% hmotn. kyseliny npentánovej, 20% hmotn. zmesi metyl-2-butánovej kyseliny a metyl-3-butánovej kyseliny a 43% hmotn. kyseliny trimetyl3,5,5-hexánovej.

Tieto chladiace pracovné kvapaliny boli testované v chladiacom systéme (založenom na kompresii pár), podobnom tomu, ktorý je používaný v súčasných stavbách. Tento systém je projektovaný tak, aby zaisťoval približne 3 tony príslušnej kapacity chladenia. Schéma tohto chladiaceho systému je ukázaná na obr.l. Hlavne zložky chladiaceho systému sú nasledujúce:

Chladivo vzduch preteká naprieč

Odparovač:

Odparovač je kvapalinokružný chladiaci had preteká medenými rúrkami, pričom rúrkami. Prenos tepla na strane vzduchu je zvýšený hliníkovými rebrami namontovanými na medených rúrkach.

Pri počiatočnom testovaní mal chladiaci systém príslušného hada, v ktorom vnútri medených rúrok je had z hladkých rúrok a dané testy boli uskutočnené na tomto hadovi. Neskoršie skúšky boli uskutočnené na výparníkovom chladiacom hadovi z mikrorebrovaných rúrok. Obidva chladiace hadí majú rovnakú projektovanú kapacitu (výkon) 10,5 kW (3 tony), ale líšia sa vo fyzikálnej charakteristike, keďže had z mikrorebrovaných rúrok je menší ako had z hladkých rúrok.

Had z hladkých rúrok má medené rúrky s menovitým vonkajším priemerom medených rúrok s dvanástimi rebrami na palec (12 fpi), zatial čo had z mikrorebrovaných rúrok má medené rúrky 3/8 palca s 15 fpi. Had z mikrorebrovaných rúrok má zhruba o 25% menší priečny prierez ako je priečny prierez hada z hladkých rúrok. Taktiež objem hada z mikrorebrovaných rúrok na chladiacej strane je približne o 70% menší ako je rovnaký objem hada hladkých rúrok.

Kompresor:

Kompresor je hermeticky uzatvoreného typu s konštantou rýchlosťou, ktorý je určený na prácu s chladivom HFC-134a. Kompresor má prístupné zátky na vkladanie a vypúšťanie maziva tak, že zmeny oleje by mohli byť uskutočňované s doposiaľ inštalovaným kompresorom.

inštalované dve

Expanzný ventil:

V chladiacom systéme sú zariadenia, totiž expanzný ventil a ihlový ventil. Keďže termoexpanzný ventil má nízku dobu odozvy (časovú konštantu), je ihlový ventil preferovaným zariadením na reguláciu prietoku, ako je to opísané v publikácii Crown, S.W., HW Shapiro a M.B.Pate, 1992: Porovnávacia štúdia tepelnej účinnosti R-12 a R-134a. („Medzinárodný konferencia o chladení - Energetická účinnosť a nové chladivá” (1): 187-196 (tu ďalej „Crown a článok”). Okrem toho ihlový ventil môže byť priamo regulovaný systémom získavania údajov.

expanzné

PRÍSTROJOVÉ VYBAVENIE

Na obr.l sú ukázané meracie prístroje používané na vyhodnotenie účinnosti chladiaceho systému. Inštalované snímače sú termočlánkové sondy, tlakové snímače, prietokové snímače a snímač výkonu. Podrobný popis každého z týchto snímačov je poskytnutý ďalej.

Termočlánkové sondy

Termočlánkové sondy sú typu T a sú umiestnené pred a za každým komponentom chladiaceho systému. Všetky termočlánky boli kalibrované a nepresnosť ich údajov je + 0,21°C (0,5 °F) .

Okrem toho existujú dve termočlánkové siete pred a za odparovačom na strane toku vzduchu. Každá sieť sa skladá z 18 termočlánkov rovnako rozmiestnených naprieč priečnym profilom (prierezom) tepelného výmenníka. Zmyslom týchto sietí alebo mriežok je presný výpočet prenosu energie odparovača na vzdušnej strane. S cieľom merania množstva vlhkosti vo vzduchovom prúde sú pred a za odparovačom inštalované suché a vlhké guličkové termočlánky.

Tlakové snímače

Na meranie absolútneho tlaku sa používajú štyri tlakové snímače, ktoré sú inštalované v chladiacom systéme. Všetky lakové snímače boli kalibrované detektorom vlastnej/mŕtvej hmotnosti v očákavanom rozsahu prevádzky. Presnosť tlakového snímača je odhadovaná na + 1,05 kPa (0,15 psia).

Hmotnostný prietokomer

Prietok chladivá je meraný hmotnostným prietokomerom, ktorý bol predbežne kalibrovaný výrobcom. Na presné meranie prietoku sa požaduje, aby chladivo bolo v kvapalnom stave na výstupe z kondenzátora, ktorý je tam, kde je umiestnený prietokomer. Ak je splnená požiadavka kvapalnej fázy, môže prietokomer snímať aktuálny prietok s presnosťou +0,0075 kg/min (0,0034 lbm/min).

Meracia stanica s Pitotovou rúrkou

Prietok vzduchu je meraný meracou stanicou s Pitotovou rúrkou, ktorá používa na meranie dynamického tlaku kalibrovaný tlakový snímač.

Turbínový prietokomer

Prietok vody pretekajúci chladičom je meraný kalibrovaným turbínovým prietokomerom. Prietokomer môže merať prietok vody s presnosťou + 0,05 kg/min. (0,0225 lb/min).

Snímač wattov (výkonu)

Snímač výkonu (vo watoch) predbežne kalibrovaný výrobcom je používaný na meranie spotreby energie (vnútorného príkonu) kompresora s príslušnou presnosťou + 0,05 kW (4 Btu/min).

Systém získavania údajov

Systém získavania údajov sa skladá z počítača, riadiacej karty IEEE-488 GPIB (univerzálna prepojovacia sbernica), k počítaču pripojiteiného digitálneho voltmetra a dvoch skenerov. Riadiaca karta GPIB umožnila riadenie alebo reguláciu skenerov a voltmetra počítačom. Všetky prístroje boli pripojené k systému získavania údajov, čo umožňuje stálu aktualizáciu prevádzkových parametrov systému a ukladanie informácií do pamäti počítača.

Aby sa porovnala účinnosť pre rôzne typy pracovných kvapalín, musí byť testovanie získavanie údajov uskutočňované pri rovnakých prevádzkových podmienkach. Preto bolo nutné definovať operačný bod pridelených príslušných hodnôt nezávislým parametrom. Počas testovania mohlo byť regulované šesť rôznych parametrov a ako také nemôžu byť považované za nezávislé parametre. Štyri zo šiestich nezávislých parametrov boli udržované konštantné:

1. Prehriatie na vstupe do kompresora je nutné tak, aby chladivo vstupujúce do kompresora bolo v plynnej fáze, čím sa zabráni akémukoľvek poškodeniu kompresora. Chladiaci plyn bol prehriaty o 7,5°C (13,5°F) nad teplotu nasýtenej pary odpovedajúcej saciemu tlaku. Táto hodnota predstavuje prehriatie používané v priemysle na aplikáciu chladiacich systémov.

. Vsádzka (dávka) chladivá bol vyšetrovaná prevádzkou systému v širokom rozsahu podmienok pre prípad maziva POE. Keďže bolo zistené, že optimálna dávka chladivá je 3,6 kg (81bm), bola dávka použitá pre všetky testy.

. Prietok vody chladičom bol udržovaný konštantný pri maximálnej hodnote, ktorá odpovedá hmotnostnému prietoku vody približne 80kg/min (1751bm/min). Pri vysokých prietokoch vody sa účinnosť chladiča stáva nezávislou na velkosti prietoku vody, čo je spôsobené zanedbateľnou odolnosťou medzi vodou a rúrkovou stenou, ako je to popísané v publikácii F.P.Incorpery a D.P.DeWitta, 1990 Fundamentals of heat mass transfer, tretie vydanie, New York: John Wiley & Sons. Preto bol prietok vody počas testovania analýzy systému udržovaný bez zmeny, následkom čoho sa účinnosť alebo výkonnosť chladiča stáva iba funkciou vstupnej teploty, prietoku chladivá a chladiacich teplôt, ako to bolo popísané v článku Crown et al.

Objemový prietok vody bol udržovaný konštantný na hodnote približne 1,3 m³/sec (2400 CFM). Táto hodnota prietoku sa blíži maximálnemu dosiahnuteľnému prietoku vzduchu v testovacom zariadení a je udržovaná stála, takže sa v tejto štúdii tento prietok nemenil.

Na výskum účinnosti chladiaceho systému boli zvolené štyri rôzne vstupné teploty vzduchu v chladiči. Tieto teploty sú 18,5°C (65°F), 24°C (75°F), 32°C (90°F) a 40,5°C (105°F), ktoré reprezentujú široký rozsah pracovných teplôt pre klimatizačné aplikácie.

Tri rôzne zvolené vstupné teploty vzduchu pri odparovači boli 13°C (5°F), 18,5°C (65°F) a 24°C (75°F), čo reprezentuje široký rozsah pracovných teplôt klimatizačné aplikácie.

pre lh

Kombinácie týchto dvoch nezávislých premenných vytvorili 12 rôznych prevádzkových bodov, ktoré predstavujú velký rozsah prevádzkových podmienok. Určenie účinnosti chladiaceho systému pri tomto veľkom rozsahu podmienok je považované za dôležité pre spracovávanie základných údajov pre pracovné kvapaliny obsahujúce mazivo z polyolového esteru (POE) z príkladu 1 a minerálny olej z príkladu A.

Aby sa regulovalo týchto šesť nezávislých parametrov, o ktorých tu bolo referované, je systém najprv naplnený chladivom na optimálne množstvo. Chladiaca voda cirkulovala pri konštantnom objemovom prietoku prevádzky čerpadla pri jeho maximálnej kapacite. Prietok vzduchu bol nastavený zoradením rýchlosti motora ventilátora tak, aby bol dosiahnutý konštatný dynamický tlak vzduchového prúdu.

Pre súčasnú reguláciu zostávajúcich troch nezávislých parametrov je teplota chladiacej vody regulovaná zmiešavaním ochladenej vody s recirkulačnou vodou chladiča. Vstupná teplota vzduchu bol udržovaná na žiaducej hodnote opätovným ohrievaním vzduchu opúšťajúceho výparník s použitím kombinácie parného hada a elektrického ohrievača. Elektrický ohrievač je používaný na presnú reguláciu teploty vzduchu, zatiaľ čo parný had bol používaný na produkciu prevážne chladiaceho výkonu (náplne). Konečne ihlový ventil bol používaný na reguláciu prietoku chladivá daným systémom, čo zase nastavuje veľkosť prehriatia na výstupe z kompresora.

Na dosiahnutie ustáleného stavu boli zaznamenávané údaje približne po 5 minútach. Pri niektorých kľúčových parametroch boli odoberané niekoľkonásobné hodnoty, aby sa zmenšili akékoľvek chyby čo do presnosti prístrojových odpočtov. Tieto mnohonásobné údaje boli spracovávané štatisticky, aby sa vyrovnali odchýlky v údajoch prístrojového vybavenia.

ilustrované relatívne predstavujúcimi výsledky s miešatelnou (identifikovanou

Experimentálne postupy prijaté na výmenu maziva v chladiacom systéme sú dôležité, aby sa zaistila prijateľná čistota chladiaceho maziva v kompresore.

Výmena mazacieho oleja bola uskutočňovaná v súlade s trojitým preplachovacím postupom, ako je to ukázané v správe J.J.Byrna, M.Showsw a M.W.Ábela - Investigation of flushing and cleanout methods for refrigeration equipment to ensure systém compatibility. Záverečná správa. ARTI MLLR Project Number 660-52502. Trojité preplachovanie je spôsob na odstránenie minerálneho oleja z inštalácie obsahujúcej R-12, keď je spätne plnená. Rovnaký postup bol použitý v tomto projekte pri nahradzovaní polyolesterového chladiaceho maziva minerálnym olejom. Tento spôsob vyžaduje tri výmeny maziva, aby sa odstránili akékolvek stopy zostávajúceho oleja, čo zmenší zostatkový olej na menej ako 1% objemové.

Priemyslovo uznávaným indikátorom účinnosti chladiaceho systému je koeficient účinnosti (COP). Koeficient účinnosti je definovaný ako prenos užitočnej energie (t.j. kapacita odparovača) delený spotrebovanou energiou. Koeficient účinnosti bol meraný pre pracovné kvapaliny z príkladu 1 a A pre vstupné teploty vzduchu 13°C, 18°C a 24°C a pre vstupné teploty chladičovej vody 18,5°C, 24°C, 32°C a 40,5°C.

Výsledky týchto meraní sú uvedené v tabulke 2. V tabulke 2 je pracovná kvapalina z príkladu 1 identifikovaná ako „mazivo POE a pracovná kvapalina z príkladu A je identifikovaná ako „minerálny olej.

Ako je ukázané na obr.2, prevádzka chladiaceho systému je účinnejšia s mazivom POE ako s minerálnym olejom. To je vyššími spojitými čiarami

COP (koeficientu účinnosti) kvapalinou z príkladu 1

1), pričom bodkované čiary znázorňujú výsledky COP pre nemiešatelnú pracovnú kvapalinu z príkladu A (identifikovanú ako „MO) Tento výsledok ukazuje, pracovnou ako „POE že účinnosť chladiacich systémov je zlepšená použitím miešatelných chladiacich pracovných kvapalín a že toto zlepšenie účinnosti rezultuje v energetických úsporách.

Obr.2 taktiež ukazuje, že OOP sa môže značne meniť, čo je spôsobené meniacimi sa teplotami vzduchu a vody. Tieto rozdiely sú ilustrované stanovením referenčného bodu odpovedajúceho teplote vzduchu 13°C a teplote vody 18,5°C. Potom možno pozorovať, že zvýšenie teploty vzduchu z referenčného bodu 13°C na 24°C, pričom sa udržuje rovnaká teplota chladičovej vody, má za následok zväčšenie COP približne o 25%. Ak sa zvýši teplota vody z 18,5°C na 40°C, potom sa účinnosť zmenší zhruba o 40%. Aj keď zmeny vstupných teplôt vzduchu a vody majú za testovaných podmienok značný účinok na COP, je COP pre chladiaci systém len s jednou výnimkou vyšší s miešatelnou pracovnou kvapalinou z príkladu 1.

Výsledky zobrazené na obr.2 môžu byť prezentované taktiež ako percentuálny rozdiel, ako je to vidieť na obr.3. percentuálny rozdiel COP, COP_dif je definovaný ako rozdiel medzi účinnosťami (COP) pre miešatelnú pracovnú kvapalinu a mazivom POE a nemiešatelnú pracovnú kvapalinu s minerálnym olejom delený COP pre miešatelnú pracovnú kvapalinu. Hodnota je vyjadrená v percentách.

COPpoE ~ COPm.oil

COPdif (%) ----------------- x 100 (1)

COP_m.oil

S použitím tohto vzťahu výsledky zakreslené v obr.3 taktiež ukazujú, že systém pracujúci s miešatelnou pracovnou kvapalinou (mazivo POE) má väčší COP ako systém pracujúci s nemiešatelnou pracovnou kvapalinou (minerálny olej). Percentuálne rozdiely sú až 2,5%. Z obr.3 je vidno, že miešateľnej namiesto nemiešateľnej pre chladiaceho hada najväčšie percentuálne rozdiely odpovedajú bodom s najvyššou teplotou odparovača 24 °C (75°F) s percentuálnym rozdielom COP zmenšujúcim sa na zlomok percenta s tým, ako sa zmenšuje teplota vzduchu na vstupe do odparovača.

Tieto výsledky ukazujú, že pri prevádzke klimatizačného zariadenia so vzduchom vstupujúcim pri teplote 24°C (75°F) existuje potenciálna úspora 25$ na každých 1.000$ vynaložených na prevádzku chladiaceho systému s použitím pracovnej kvapaliny v kompresore pracovnej kvapaliny.

Tieto skúšky boli opakované z mikrorebrovaných rúrok rovnakým spôsobom ako v prípade hada z hladkých rovných rúrok. Zvlášť účinky miešateľných a nemiešatelných pracovných kvapalín na koeficient účinnosti rovnakého chladiaceho zariadenia s mikrorebrovaným hadom namiesto hada s hladkými rúrkami boli skúmané porovnávaním prevádzkových bodov chladiaceho systému odpovedajúcich rovnakým nezávislým parametrom (t.j. dávka alebo náplň chladivá; vstupné teploty vzduchu a vody; prietoky vzduchu a vody ; a miera prehriatia na vstupe kompresora). Získané údaje sú uvedené na obr.4 a ukazujú podobné systémové chovanie pre tieto dva typy chladiacich hadov.

Ako pri hadovi s hladkými rúrkami pracuje systém účinnejšie s miešatelnou pracovnou kvapalinou (mazivom POE) ako s nemiešatelnou pracovnou kvapalinou (minerálnym olejom MO) s hadom z mikrorebrových rúrok.

Obr.4 odhaľuje taktiež podstatné rozdiely v COP, ktoré sú spôsobené zmenami teplôt vody a vzduchu. Napr. COP sa zmenšuje na 25%, ak sa zväčší teplota vody z 24°C na 40°C a zmenšuje sa

tiež	približne	na 20%,	ak sa zníži	teplota	vzduchu z	24°C	na
13°C.	Len pre	teplotu	chladičovej	vody 40°	C (105°F)	nie	sú
žiadne výrazné	rozdiely	medzi percentuálnymi	rozdielmi	COP	pre
rôzne	teploty	vzduchu.	Avšak COP	pre chladiaci systém	bol

vyšší pre miešatelnú pracovnú kvapalinu z príkladu 1 pre všetky testovacie podmienky.

Percentuálny rozdiel COP, definovaný skôr ako COP_dif, vo vzorci (1), je získaný z výsledkov COP uvedených na obr.4. Výsledky COP_dif vyjadrené v percentách sú uvedené na obr.5. S použitím tohto priblíženia demonštrujú dané výsledky to, že systém pracujúci s miešateinou pracovnou kvapalinou (mazivom POE) má väčšie COP ako systém pracujúci s nemiešatelnou pracovnou kvapalinou (minerálnym olejom). Percentuálne rozdiely COP sú až približne 4,5% a najväčšie percentuálne rozdiely odpovedajú bodom s najvyššou teplotou odparovača 24°C (75°) a najnižšie teplotou chladičovej vody 24°C (75°F). Z tohto vyplýva, že percentuálny rozdiel COP sa zmenšuje so zväčšovaním teploty vody a so zmenšovaním teploty vzduchu.

Tieto výsledky ukazujú, že pri klimatizačnom zariadení pracujúcom so vstupovaním vzduchu pri 24°C (75°F) na každých 1.000$ vynaložených na prevádzku chladiaceho systému existuje 45$ potenciálnych úspor pri využívaní miešatelnej pracovnej kvapaliny oproti nemiešatelnej pracovnej kvapaline v kompresore. Podlá toho možné energetické úspory spojené s požívaním miešatelnej pracovnej kvapaliny s rúrkovým hadom z mikrorebrovaných rúrok sú ešte vyššie, ako energetické úspory zistené pre chladiaceho hada z hladkých rúrok. Tento výsledok je zvlášť dôležitý, pretože hadí z mikrorebrovaných rúrok sú rastúcou mierou používané v chladiacich systémoch.

PRÍKLAD 2

Koeficient účinnosti bol meraný pre vyššie opísané chladiace zariadenie s použitím druhej miešatelnej pracovnej kvapaliny obsahujúcej ako chladiace médium tetrafluór-1,1,1,2etán a druhé polyolesterové mazivo (POE #2). Druhý polyolester je tvorený zo zmesi 65% hmotn. pentaerytritolu a 35% hmotn. dipentaeryritolu a zmesi kyselín s priamym reťazcom s 5 až 10

Z9 uhlíkovými atómmi prítomnými v nasledujúcich rozsahoch (53 až 63 % nCs; 5 až 15 % ηΟε; 7 až 17% nC₇; 7 až 17% nCs; 0 až 10% 10 % nCio - všetko v hmotnostných percentách).

nCg a 0 až Podmienky, pracovnej podmienky koeficient účinnosti 2 boli rovnaké ako z príkladov 1 a A.

za ktorých bol meraný kvapaliny z tohto príkladu pre pracovné kvapaliny

Porovnávacie výsledky pre COP miešateiných pracovných kvapalín z príkladu 1 a 2 (vyjadrené ako POE #1 a #2) sú uvedené na obr.6.

Výsledky koeficientu účinnosti pri pracovných kvapalinách z príkladu 1 a 2 sú definované vzhladom k nemiešatelnej pracovnej kvapaline z príkladu A poľa percentuálneho rozdielu na obr.7 výpočtom týchto rozdielov podľa vzorca (1) . Percentuálne rozdiely COP prepracované kvapaliny z príkladov 1 a 2 (t.j. POE # 1 a POE # 2) sú graficky vyjadrené na obr.7 ako funkcie teploty chladičovej voda a teploty vzduchu odparovača. Údaje percentuálnych rozdielov COP ukazujú, že miešatelná pracovná kvapaliny z príkladu 2 zlepšuje COP chladiaceho systému vzhladom k nemiešatelnej pracovnej kvapalín z príkladu A. Zvlášť percentuálne zlepšenie COP pri miešatelnej pracovnej kvapaline z príkladu 2 proti nemiešatelnej pracovnej kvapaline z príkladu A sa menilo z 0,1 na 5,2 % číselných. Tieto výsledky ukazujú, že pri klimatizačnom zariadení pracujúcom so vzduchom vstupujúcom pri 13°C existuje 52 $ potenciálnej úspory na každých 1.000 $ vynaložených na prevádzku chladiaceho systému s použitím miešatelnej pracovnej kvapaliny v kompresore namiesto nemiešatelnej pracovnej kvapaliny. Percentuálne zlepšenie COP pre miešateľnú pracovnú kvapalinu z príkladu 1 v porovnaní s nemiešatelnou pracovnou kvapalinou z príkladu A sa menilo od

1,6 do 4,7% číselných. Hodnoty percentuálneho rozdielu COP, ktoré sú vynesené do grafu na obr.7 a diskutované vyššie, sú taktiež uvedené v tab.2. Skutočnosť, že percentuálne rozdiely COP sú všetky pozitívne a predstavujú až 5,2% číselných ukazuje, že za všetkých testovacích podmienok bola účinnosť chladiaceho systému zlepšená použitím miešateľných pracovných kvapalín.

Tabulka 2: Percentuálne rozdiely COP pre dve mazivá POE

	T kond ^— 23,9 C	Tkond = 32,2°C	Tkond = 40,6°C
POE #1	POE #2	POE #1	POE #2	POE #1	POE #2
Tvzd ~~ 13,0°C	2,58	5,20	1,58	4,11	1,83	3, 64
Tvzd ⁼ 18,5°C	3,79	3, 83	2, 10	3,49	1,99	2,88
Tvzd ⁼ 24,0°C	4,74	4,68	3, 55	3,55	1,80	0,10

Claims

PATENTOVÉ

NÁROKY

Spôsob zlepšenia účinnosti chladiaceho systému, ktorý obsahuje kompresor, chladič, expanzné zariadenie a odparovač, vyznačujúci sa tým, že v danom systéme sa použije pracovná kvapalina skladajúca sa hlavne z chladiacej kvapaliny a maziva, ktoré je miešatelné s chladiacou kvapalinou v plnom rozsahu pracovných podmienok daného systému.

Spôsob podlá nároku 1, vyznačujúci sa tým, chladiaca kvapalina použije bezchlórová organická chladiaca kvapalina.

že sa ako fluórovaná

Spôsob podlá nároku 2, vyznačujúci sa tým, že ako chladiaca kvapalina obsahujúca fluóroskupinu sa použije fluórovaný uhlovodík.

Spôsob podlá nároku 3, vyznačujúci sa tým, že ako mazivo sa použije mazivo obsahujúce ester alkoholov, ktoré obsahujú najmenej dve OH-skupiny a monokarboxylovú kyselinu, v ktorej najmenej 22% acylskupín v estery má buď priamy reťazec a obsahuje tri až šesť uhlíkových atómov alebo má uhlíkový atóm viazaný k trom iným uhlíkovým atómom a obsahuje až deväť uhlíkových atómov.

Spôsob podlá nároku 4, vyznačujúci sa tým, že ako mazivo sa použije mazivo skladajúce sa hlavne z esteru, v ktorom najmenej 92% číselných alkoholických skupín v esteroch všetkých alkoholov, obsahujúcich aspoň dve OH-skupiny, sú skupiny odvodené od alkoholov vybraných zo skupiny skladajúcej sa z pentaerytritolu, dipentaerytritolu, dimetyl-2,2-propán-1,2diolu dimetyl-2.2-butanolu-l.

účinnosti chladiaceho

Spôsob zlepšenia účinnosti chladiaceho systému, vyznačujúci sa tým, že daný systém absolvuje kroky kompresie, kondenzácie, expanzie a odparovania, kedy uvedený spôsob obsahuje ďalší krok začleňovania príslušnej pracovnej kvapaliny do systému, ktorá sa skladá hlavne zo zmesi chladiacej kvapaliny obsahujúcej bezchlórovú fíuoroskupinu a maziva, skladajúceho sa z esterov alkoholov obsahujúcich najmenej dve OH-skupiny a najmenej jednu karboxylovú kyselinu.

7. Spôsob podlá nároku 6, vyznačujúci sa tým, že fluóroskupina obsahujúca chladiacu kvapalinu sa vyberá zo skupiny skladajúcej sa difluórmetánu, pentafluóretánu, difluór-1,1-etánu, tetrafluór-1,1,1-etánu, tetrafluór1,1,2,2-etánu a ich zmesí.

8. Spôsob podlá nároku 6, vyznačujúci sa tým, že sa ako mazivo použije ester tvorený hlavne z alkoholu obsahujúceho pentaerytritol a dipentaerytritol a zmesi kyselín, v ktorých sú acylskupiny, ktoré sú použité na prípravu esteru, odvodené z acylskupín majúcich 5, 6, 7,

8, 9 a 10 uhlíkových atómov.

9. Spôsob podlá nároku 8, vyznačujúci sa tým, že najmenej 98% monokarboxylových kyselín je odvodené z acylskupín majúcich 5, 7 alebo 9 uhlíkových atómov.

10. Spôsob podlá nároku 6, vyznačujúci sa tým, že najmenej 98% monokarboxylových kyselín je odvodené z acylskupín majúcich 5 alebo 9 uhlíkových atómov.

11. Spôsob podľa nároku 9, vyznačujúci sa tým, že najmenej 98% alkoholických skupín alebo častí v danom estery je odvodené z pentaerytritolu a dipentaerytritolu a acylskupiny použité na výrobu esteru sú odvodené zo zmesi približne 43% kyseliny, zhruba 37^!a približne 20 %hmotn.

hmotn. trimetyl-3,5, 5-hexánovej hmotn. n-pentánovej kyseliny zmesi metyl-2-butánovej kyseliny a metyl-3-butánovej kyseliny.

12. Spôsob zlepšenia účinnosti klimatizačného zariadenia, vyznačujúci sa tým, že dané zaradenie obsahuje kompresor, chladič alebo kondenzátor, expanzné zariadenie a odparovač, pričom tento spôsob zahŕňa použitie pracovnej kvapaliny v systéme, kde sa táto kvapalina skladá hlavne z chladiacej kvapaliny a maziva, ktoré je miešateľné s chladiacou kvapalinou v celom rozsahu prevádzkových podmienok daných systémov.

13. Spôsob podlá nároku 12, vyznačujúci sa tým, že ako chladiaca kvapalina sa použije fluorovaný uhľovodík a ako mazivo sa použije ester vzniknutý z alkoholu obsahujúceho pentaerytritol a dipentaerytritol a zmes kyselín odvodenú z acylskupín majúcich 5, 6, 7, 8, 9a 10 uhlíkových atómov.

14. Spôsob podlá nároku 13, vyznačujúci sa tým, že fluórovaná uhľovodíková chladiaca kvapalina sa vyberá zo skupiny, ktorá sa skladá z difluórmetánu, pentafluóretánu, difluór-1,1-etánu, trifluór-1,1,1-etánu, tetrafluór-1,1,1,2-etánu, trifluór-1,1,1-etánu, tetrafluór-1,1,1,2-etánu a ich zmesí.

15. Spôsob podľa nároku 13, vyznačujúci sa tým, že esterové mazivo je tvorené zo zmesi karboxylových kyselín, v ktorých je najmenej 22% číselných acylskupín v zmesi kyselín volené zo skupiny skladajúcej sa z kyseliny s priamym reťazcom s tromi až šiestimi uhlíkovými atómmi, kyseliny obsahujúcej až deväť uhlíkových atómov, v ktorej je aspoň jeden uhlíkový atóm viazaný k trom iným uhlíkovým atómom a ich zmesí.

16. Spôsob podía nároku 13, vyznačujúci sa tým, že daný ester obsahuje až 8 % hmotn. najmenej jedného aditíva.

17. Spôsob zlepšenia účinnosti chladničky obsahujúci kompresor, chladič či kondenzátor, expanzné zariadenie a odparovač, vyznačujúci sa tým, že sa v ňom požije pracovná kvapalina, ktorá sa skladá hlavne z chladiacej kvapaliny a maziva, ktoré je miešatelné s chladiacou kvapalinou medzi -27°C až +30°C.

18. Spôsob podlá nároku 17, vyznačujúci sa tým, že sa ako chladiaca kvapalina použije kvapalina vybratá zo skupiny skladajúcej sa difuóretánu, pentafluóretánu, difluór-1,1etánu, trifluór-1,1,1-etánu, tetrafluór-1,1,1,2-etánu a ich zmesí.

19. Spôsob podía nároku 17, vyznačujúci sa tým, že ako mazivo sa použije ester vzniknutý z alkoholu, obsahujúceho pentaerytritol a dipentaerytritol a zmesi kyselín, v ktorých acylskupiny použité na prípravu esteru sú dovodené z acylskupín majúcich 5, 6, 7, 8, 9 a 10 uhlíkových atómov.

20. Spôsob podlá nároku 17, vyznačujúci sa tým, že sa ako chladiaca kvapalina použije tetrafluór-1,1,1,2-etán a ako mazivo sa použije mazivo skladajúce sa z esteru vzniknutého z alkoholu, vyberaného zo skupiny skladajúcej sa z pentaerytritolu, dipentaeryritolu, tripentaerytritolu a ich zmesí a kyseliny skladajúce sa približne zo 43% hmotn. trimetyl-3,5,5-hexánovej kyseliny, približne z 37 % hmotn. n-pentánovej a približne 20 % hmotn. zmesi metyl-2-butánovej a 3-metylbutánovej kyseliny.