Хладагент для низкотемпературных рефрижераторных систем

Патент RU 2 258 729 C1

Авторы:
Лунин А.И. (RU),
Могорычный В.И. (RU),
Коваленко В.Н. (RU)

Патентообладатель:
Корпорация "Самсунг Электроникс" (KR)

Заявка: 2004109263/04, 30.03.2004
Дата начала действия патента: 30.03.2004
Опубликовано: 20.08.2005 Бюл. № 23

Список документов, цитированных в отчёте о поиске:
RU 2184133 C2, 27.06.2002.
RU 2072382 C1, 27.01.1997.
WO 9400529, 06.01.1994.
SU 113856 A, 15.01.1985.
GB 2298866 A, 18.09.1996.

Патент RU 2 258 729 C1

Реферат:
Изобретение относится к области холодильной техники и может быть использовано в качестве хладагента в низкотемпературных рефрижераторных системах преимущественно в одноконтурных системах с одноступенчатые компрессором. Многокомпонентный хладагент содержит в следующем соотношении компонентов, мол.: 0,30-0,60 низкокипящего компонента метана, 0,10-0,70 среднеки пящего компонента, такого как тетрафторметан, трифторметан, октафторпропан и окафторциклобутан, а также 0,05- 0,30 высококипящего компонента — алкана, в качестве которого используются такие вещества, как нормальный пентан, изопентан, нормальный гексан, либо их бинарные смеси. Данный хладагент позволяет повысить удельную холодом производительность и энергетическую эффективность одноконтурной холодильной системы в температурном диапазоне от -120°С до -80 °С при одновременном увеличении срока

Abstract:
FIELD: refrigeration engineering.
SUBSTANCE: multicomponent refrigerant suitable preferably for one-loop refrigeration systems with single-step compressor contains 0.30-0.60 mol methane as low-boiling component, 0.10-0.70 mol middle-boiling component such as tetrao luoromethane, trifluoromethane, octafluoropropane and octaf luorocyclobutane, and 0.05-0.30 mol high-boiling alkane component such n-pentane, isopentane, n-hexane, or binary mixtures thereof. EFFECT: increased specific cold productivity and energetic efficiency of system within temperature range from -120 to -80°C, and increased service time of system.
6 cl, 2 dwg, 1 tbl

Изобретение относится к области холодильной техники и может быть использовано в качестве хладагента в низкотемпературных рефрижераторных системах преимущественно в одноконтурных системах с одноступенчатым компрессором.
Такие одноконтурные системы, использующие многокомпонентные хладагенты, имеют значительные преимущества перед традиционными каскадными системами при температурах охлаждения ниже -80°C (см. Podtcherniaev О., Boiarski М., Lunin А. Comparative Performance of Two-Stage Cascade and Mixed Refrigerant Systems in Temperature Range from -100°C to -70°C; 9'" Int. Refrigeration and AC Conf., Purdue, 2002, Paper R18-3) [1].

В холодильной технике известны многокомпонентные хладагенты в виде рабочих смесей, например смесь, содержащая трифторметан R23, октафторциклобутан RC318, октафторпропан R218, пропан и изобутан (см. патент РФ №2161637) [2]. Наиболее низкокипящий компонент этой смеси — трифторметан — имеет температуру нормального кипения -81°C, что не позволяет создать одноконтурную систему охлаждения с положительным давлением всасывания на уровень ниже -80'C. Это является главным недостатком известного
хладагента [2].

Известен многокомпонентный хладагент, содержащий пентафторэтан R125 (15-70 мол.%), гептафторпропан R227 (20-70 мол.%) и одно из соединений, выбранных из группы, содержащей пропан, бутан, изобутан, октафторциклобутан RC318 (1-20 мол.%). Такая смесь описана в патенте РФ №2135541 [3]. В этой рабочей смеси низкокипящим компонентом является пентафторэтан с температурой нормального кипения -48'C, что препятствует использованию этого хладагента в низкотемпературных системах. Наиболее близким к предлагаемому решению является многокомпонентный озонобезопасный хладагент, содержащий, по крайней мере, одно соединение из ряда: трифторметан, октафторциклобутан, в количестве 55-87 об.% и в качестве смеси углеводородов — бытовой газ в количестве 13-45 об.%, имеющий состав, об. %: пропан- 40; изобутан — 40; пропилен — 18 и в качестве примеси метан и этан — 2(см. опубликованную заявку на изобретение РФ №2000110320) [4].

Недостатком этого хладагента является очень малая удельная холодопроизводительность и термодинамическая эффективность, большие габариты компрессора и соответственно высокая начальная стоимость холодильной системы, сочетающаяся с высокими эксплуатационными расходами, вызванными весьма значительным потреблением электроэнергии.

Принцип работы одноконтурной холодильной системы с серийным одноступенчатым компрессором и расчет эффективности работы такой системы иллюстрируются прилагаемыми рисунками

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в повышении удельной холодопроизводительности и энергетической эффективности одноконтурной холодильной системы с серийным одноступенчатым компрессором в температурном диапазоне -120'C...-80'C при одновременном увеличении срока службы такой системы. Заявляемый технический результат достигается за счет того, что многокомпонентный хладагент (рабочая смесь) содержит низкокипящий компонент — метан, группу среднекипящих компонентов, таких как тетрафторметан, трифторметан, октафторпропан и окафторциклобутан, а также высококипящий компонент — алкан, в качестве которого используются, например, такие вещества, как нормальный пентан, изопентан, нормальный гексан, либо их бинарные смеси.

Компьютерное моделирование и проведенные эксперименты позволили эмпирически выявить наиболее оптимальные сочетания веществ в составе хладагента, обеспечивающие существенное повышение холодопроизводительности системы и ее высокую эффективность при рабочих температурах в диапазоне от -120°С до -80°С. При этом, по сравнению с прототипом метан использовался не как малозначащая примесь, а служил в качестве основного углеводородного компонента. В качестве фторуглеводородов в смесь было введено, по крайней мере, по одному веществу из группы «тетрафторметан, трифторметан»; а также по одному веществу из группы «октафторпропан, октафторциклобутан». В многокомпонентный хладагент был также введен, по крайней мере, один алкан с числом атома углерода 5-6. Таким образом, при содержании метана в составе рабочей смеси 30-60 мол.% и содержании алкана 5-30 мол.% предпочтение было отдано трем наиболее эффективным хладагентам, в которых в качестве алкана использовались следующие компоненты:
Вариант 1 — алкан в виде смеси «нормальный пентан — изо-пентан».
Вариант 2 — алкан в виде смеси «нормальный пентан — нормальный гексан».
Вариант 3 — алкан в виде смеси «изопентан — нормальный гексан».
Наилучшие показатели энергетической эффективности зафиксированы при указанных в таблице соотношениях основных компонентов рабочей смеси (см. файл).

Следующая страница: Термоструйная печатающая головка