Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
КОМПОЗИЦИЯ ХЛАДАГЕНТА
КОМПОЗИЦИЯ ХЛАДАГЕНТА

КОМПОЗИЦИЯ ХЛАДАГЕНТА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Применение: в рефрижераторных системах. Сущность изобретения: композиция хладагента содержит дихлормонофторметан и по крайней мере одно фторалкильное соединение из группы: трифторметан, пентафторэтан, монохлордифторметан и 1-хлор-1,1-дифторэтан при следующем соотношении компонентов, мас. % : дихлормонофторметан 0,1 - 50,0; по крайней мере одно фторалкильное соединение 50,0 - 99,9. В качестве фторалкильного соединения композиция может содержать трифторметан и/или пентафторэтан или монохлордифторметан и/или 1-хлор-1,1-дифторэтан. Оптимальное содержание дихлормонофторметана 30 - 50 мас. % . Композиция содержит компоненты при следующем их соотношении, мас. % : дихлормонофторметан 2 - 12; монохлордифторметан 50 - 93; 1-хлор-1,1-лифторэтан 5 - 48. Уменьшается истощение озона в озоносфере. 4 з. п. ф-лы, 5 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2013431
Класс(ы) патента: C09K5/00
Номер заявки: 4830181/26
Дата подачи заявки: 15.06.1990
Дата публикации: 30.05.1994
Заявитель(и): Санио Электрик Ко., Лтд (JP)
Автор(ы): Казуо Такемаса[JP]
Патентообладатель(и): Санио Электрик Ко., Лтд (JP)
Описание изобретения: Изобретение относится к составу хладагента для использования в рефрижераторных системах, имеющему значительно уменьшенный потенциал истощения озона в озоносфере.
Обычно в качестве хладагентов в рефрижераторных системах используются галоидированные углеводородные хладагенты. Среди них используются R-12 (дихлордифторметан) и R-500 (азеотропная смесь R-12 и R-152а (1,1-дифторэтан).
При атмосферном давлении R-12 и R-500 имеют точки кипения - 29,65оС и -33,45оС соответственно, что подходит для рефрижераторных систем. Кроме того, даже несмотря на то, что их температура на входе в компрессор сравнительно высока, их температура на выходе из компрессора не поднимается на столько высоко, чтобы вызывать загрязнение компрессора маслом. Далее R-12 обладает высокой степенью совместимости с компрессорным маслом и, следовательно, играет определенную роль в возвращении в компрессор унесенной нефти, имеющейся в цепи циркуляции хладагента.
Однако вышеупомянутые хладагенты имеют высокий потенциал истощения озона и при выпускании в атмосферу и достижении озоносферы они разрушают озон в озоносфере. Это разрушение вызывается хлором, содержащимся в молекулах хладагента.
Для решения этой проблемы в качестве альтернативных хладагентов рассматриваются хладагенты, не содержащие хлор, например R-125 (пентафторэтан, СНR2СF3), R-134а (1,1,1,2-тетрафторэтан, СН2FCF3) и R-23 (трифторметан, СF3Н).
При атмосферном давлении R-125, R - 134а и R-23 имеют точки кипения -48оС, -26оС и -82,05оС соответственно.
R-22 (монохлордифторметан, ССlF2H) и R-142b (1-хлор-1,1-дифторэтан, С2СlF2H3) содержат в своем составе молекулы хлора. Однако они редко разрушают озон в озоносфере, потому что разлагаются до ее достижения с помощью водорода (Н), содержащегося в них. При атмосферном давлении R-22 и R-142b имеют точки кипения -40,75оС и -9,8оС соответственно.
Известны некоторые смеси вышеупомянутых хладагентов, не оказывающие отрицательного воздействия на озоносферу, каждая из которых является сочетанием двух или более вышеупомянутых хладагентов (I). Однако такие смеси хладагентов имеют следующие недостатки. Смеси R-125, R-134а или R-23 обладают чрезвычайно плохой совместимостью с компрессорными маслами, используемыми в холодильном цикле, поскольку совместимость с маслами зависит от хлора (Cl), содержащегося в хладагентах. Смеси R-22 или R-142b, хотя и содержат хлор, не обнаруживают удовлетворительной совместимости с нафтеновым или парафиновым маслами.
В тех случаях, когда хладагент имеет плохую совместимость с компрессорным маслом, сепарация на две фазы (масло и хладагент) происходит в испарителе, поэтому масло почти не возвращается в компрессор, что может вызвать заедание узлов компрессора, содержащих подшипники. Кроме того, появляется тенденция к прилипанию масла к рабочим трубкам цепи циркуляции хладагента, что приводит к засорению цепи циркуляции хладагента.
Чем ниже точка кипения хладагента смешанного состава, тем более заметной становится эта тенденция. Особенно серьезная проблема возникает при применении хладагента смешанного состава в рефрижераторной системе, требующей температуры охлаждения ниже -20оС, например -40оС или -80оС.
Цель изобретения - уменьшение истощения озона в озоносфере.
Цель достигается тем, что композиция хладагента, содержащая смесь галоидированных углеводородов, содержит дихлормонофторметан и одно фторалкильное соединение из группы: трифторметан, пентафторэтан, монохлордифторметан и 1-хлор-1,1-дифторэтан при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Дихлормонофтор- метан 0,1-50,0
по крайней мере
одно фторалкиль- ное соединение 50,0-99,9, а также тем, что в качестве фторалкильного соединения используют трифторметан и/или пентафторэтан или в качестве фторалкильного соединения используют монохлордифторметан и/или 1-хлор-1,1- дифторэтан. Предпочтительно композиция содержит 30-50 мас. % дихлормонофторметана. В частности, композиция содержит дихлормонофторметан, монохлордифторметан и 1-хлор-1,1-дифторэтан при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Дихлормонофтор- метан 2-12
Монохлордифтор- метан 50-93
1-Хлор-1,1-дифтор- этан 5-48
Соответствующим образом настоящее изобретение касается разработки состава хладагента, содержащего дихлормонофторметан (R-21) и по крайней мере одно фторалкильное соединение, выбранное из группы, состоящей из трифторметана (R-23), пентафторэтана (R-125), монохлордифторметана (R-22) и 1-хлор-1,1-дифторэтана (R-142b).
Основой этого изобретения является открытие, характеризующееся тем, что при смешивании дихлормонофторметана (R-21) c фторалкиловыми соединениями, выбранными из вышеупомянутой группы соединений, можно получать составы хладагента со значительно уменьшенным потенциалом истощения озона в озоносфере, способные обеспечивать достижение очень низких температур охлаждения, таких как -40оС или -80оС, и обладающие высокой степенью совместимости с компрессорными маслами.
На фиг. 1 и 2 изображены цепи циркуляции хладагента; на фиг. 3 - область отсутствия воспламеняемости R-142b в смеси R-142b, R-21 и воздуха.
В тех случаях, когда в качестве хладагента используется только R-22, требуется значительное снижение его температуры на входе в компрессор с тем, чтобы подавить повышение его температуры на выходе из компрессора. Однако смешивание R-142b с R-22 делает возможным снижение температуры на выходе, потому что температура R-142b на выходе не поднимается настолько высоко, даже если его температура на входе сравнительно высока.
Кроме того, в результате смешивания R-142b с R-22 образуется невоспламеняющийся состав, несмотря на воспламеняемость R-142b, повышая безопасность. На фиг. 4 показана воспламеняемость по отношению к содержанию в смеси R-142b, R-22 и воздуха, причем заштрихованная область является областью воспламеняемости, тогда как в остальной области воспламеняемость отсутствует. Из фиг. 3 можно сделать вывод, что при содержании в смеси более 10% по весу R-22 можно обойти область воспламеняемости R-142b.
При низкой температуре окружающей среды, например менее 0оС, зимой в случае, если происходит утечка хладагента из холодильного цикла, раньше испаряется и рассеивается R-22, имеющий более низкую точку кипения. Следовательно, R-142b остается в единственном числе или растворяется в компрессорном масле.
На фиг. 4 изображена область отсутствия воспламеняемости R-142b в смеси R-142b, R-22 и воздуха; на фиг. 5 - график соотношения между содержанием R-21 в хладагенте смешанного состава, состоящем из R-22, R-142b и R-21, температурой в компрессоре и температурой охлаждения.
Составы хладагента в соответствии с изобретением подразделяются на варианты осуществления 1 и 2. Вариант осуществления I состоит из смесей дихлормонофторметана (R-21) с трифторметаном (R-23) и/или пентафторэтаном (R-125), которые являются фторалкиловыми соединениями, в молекулах которых отсутствует хлор. Вариант осуществления 2 состоит из смесей дихлормонофторметана (R-21) с монохлордифторметаном (R-22) и/или 1-хлор-1,1-ди- фторэтаном (R-142b), которые являются фторалкиловыми соединениями, в молекулах которых содержатся хлор и водород.
В варианте осуществления I приемлемое содержание R-21 в составах составляет 0,1-50% по весу. Особенно в составах, в которых R-21 смешивается с R-23, содержание R-21 в предпочтительном варианте составляет 30-50% по весу, в самом предпочтительном варианте 35-45% по весу.
При вышеупомянутых пределах содержания R-21, составляющих 30-50% по весу, могут быть подготовлены составы хладагента, обладающие высокой степенью совместимости с маслами и способные обеспе- чивать получение температур охлаждения -80оС или ниже.
В вышеупомянутом варианте осуществления 2 приемлемое содержание R-21 составляет 0,2-30% по весу, что идентично его содержанию в варианте осуществления 1. С точки зрения снижения температуры хладагентов на выходе из компрессора с целью как можно более полного предотвращения заедания последнего в предпочтительном варианте содержание R-21, R-22 и R-142b в более предпочтительном варианте составляет 3-7% по весу, 67-74% по весу и 23-28% по весу соответственно.
R-21 в составе хладагента в соответствии с изобретением содержит хлор, который сосуществует с водородом (Н). Поэтому R-21 разлагается до достижения озоносферы, вследствие чего его потенциал истощения озона может быть значительно уменьшен. Кроме того, R-21 обладает высокой степенью совместимости с компрессорными маслами холодильного цикла, поэтому смешивание его с такими обладающими низкой степенью совместимости хладагентами, как R-125, R-23, R-22 и R-142b, вызывает растворение масел, унесенных в цепь циркуляции хладагента, в R-21 для возвращения масел в компрессор. Поскольку при атмосферном давлении R-21 имеет точку кипения +8,95оС, он испаряется в компрессоре, охлаждая его.
Далее, смешивание R-21 с R-142b делает возможным образование области отсутствия воспламеняемости у R-142b (незаштрихованная область), показанной на фиг. 3, которая является такой же функцией, как при использовании R-22. Поэтому даже после рассеивания R-22, вызванного утечкой хладагента, R-21 остается вместе с R-142b в цепи циркуляции хладагента, так что оставшийся состав хладагента остается невоспламеняющимся, вследствие чего его взрыв может быть предотвращен.
Этот взрывобезопасный эффект усиливается при увеличении весового отношения R-21 и R-142b. Поскольку R-21 имеет относительно высокую точку кипения, слишком большое весовое содержание R-21 ухудшает хладопроизводительность, так что требуемые температуры охлаждения не могут быть получены. В соответствии с экспериментами, примешивая 5-20% по весу R-21 по отношению к R-142b, можно получить взрывобезопасные хладагенты, не ухудшая их хладопроизводительность.
В результате дальнейших интенсивных исследований открыто наиболее эффективное соотношение значений содержания, т. е. 70% по весу R-22, 25% по весу R-142b и 5% по весу R-21. Хладагент с таким соотношением является наиболее безопасным и может обеспечивать получение требуемой температуры (по крайней мере -40оС) для рефрижератора.
R-134а в соответствующих пределах совместим с алкилбензойными маслами, следовательно, он выполняет функции возвращения масла подобно R-21. Кроме того, согласно экспериментам R-134a, содержащийся в составе хладагента, имел точку кипения -30оС или ниже в случае, когда хладагент содержал 70% по весу R-22, 25% по весу R-142b и 5% по весу R - 134а.
На фиг. 1 изображена цепь циркуляции хладагента обычного холодильного цикла. Последовательно соединены компрессор 1, приводимый двигателем, конденсатор 2, капиллярная трубка 3 и испаритель 4. Компрессор 1 приспособлен к использованию нафтенового, алкилбензойного или парафинового масел в качестве гидравлических. В этом примере используется алкилбензойное масло (CF-2; Идемицу Косан Компани, Лимитед). Эта холодильная цепь загружена хладагентом смешанного состава, включающего 90% по весу R-125 и 10% по весу R-21. Другим возможным хладагентом смешанного состава для загружения цепи является смесь, содержащая 60% по весу R-23 и 40% по весу R-21.
Состав хладагента, при высокой температуре и под высоким давлением выпущенный из компрессора 1 в газообразной форме, попадает в конденсатор 2 для рассеивания своего тепла и сжижения (фиг. 1). Затем давление состава хладагента падает в капиллярной трубке и он попадает в испаритель 4, где испаряется, делая возможным охлаждение, а затем возвращается в компрессор 1. Поскольку R-21 имеет сравнительно высокую точку кипения, он возвращается в компрессор 1 в жидкой форме с растворенным в нем компрессорным маслом и наконец испаряется в компрессоре, тем самым охлаждая его. В результате масло, имеющееся в цепи циркуляции хладагента, может вернуться в компрессор 1, в то же время может быть понижена температура хладагента на выходе из компрессора.
Хладагент может быть выбран в зависимости от типа рефрижераторной системы, поскольку температура охлаждения, которая должна быть получена в испарителе 4, зависит от используемого хладагента. Например, хладагент смешанного состава, содержащий R-125 и R-21, подходит для домашнего холодильника, требующего температуру охлаждения примерно от -20 до -40оС, а хладагент смешанного состава, содержащий R-23 и R-21, подходит для рефрижератора с очень низкой температурой, требующего температуру охлаждения примерно -80оС.
В этом случае, поскольку R-21 имеет относительно высокую точку кипения, слишком высокое содержание R-21 в смеси препятствует получению требуемых температур охлаждения в испарителе 4, напротив, слишком низкое содержание его в смеси ухудшает способность возвращения масла. Учитывая вышеизложенное, содержание R-21 в смеси следует выбирать в пределах 0,1-50% по весу. Особенно в сочетании R-21 и R-125 приемлемое содержание R-21 составляет 5-15% по весу, в предпочтительном варианте 7-12% по весу. В сочетании R-21 и R-23 приемлемое содержание R-21 составляет 30-50% по весу, в предпочтительном варианте 35-45% по весу.
Другими составами хладагентов, применимыми в цепи циркуляции хладагента, являются сочетание R-22 и R-21 и сочетание R-142b и R-21. В этих сочетаниях приемлемое содержание R-21 составляет 5-25% по весу, в предпочтительном варианте 10-15% по весу. В сочетании R-21 и R-142b, несмотря на воспламеняемость R-142b, примешивание к нему R-21 позволяет удерживать смесь в области отсутствия воспламеняемости. На фиг. 3 показана такая область отсутствия воспламеняемости.
Здесь описывается другой пример в соответствии с изобретением, в котором в цепи циркуляции хладагента, изображенной на фиг. 2, используется состав хладагента, являющийся сочетанием R-22, R-142b и R-21. Эта цепь циркуляции хладагента является холодильным циклом для хладагента смешанного состава, состоящего из R-22, R-142b и R-21. На фиг. 2 одни и те же узлы обозначены теми же ссылочными позициями, что и на фиг. 1. Выходная трубка 5 компрессора 1 соединена с конденсатором 2, который связан с сепаратором 6 для отделения газа от жидкости. Трубка 7 для отвода жидкости, выходящая из сепаратора 6 для отделения газа от жидкости, соединена с капиллярной трубкой 8, которая связана с промежуточным теплообменником 9. С другой стороны, трубка 10 для отвода газа, выходящая из сепаратора 6 для отделения газа от жидкости, проходит через промежуточный теплообменник 9 и соединяется с капиллярной трубкой 11, которая связана с испарителем 4. Трубка 12, выходящая из промежуточного теплообменника 9, и трубка 13, выходящая из испарителя 4, соединяются друг с другом в узле Р и соединяются с входной трубкой 14 компрессора 1.
Цепь циркуляции хладагента на фиг. 2 загружена неазеотропной смесью R-22, R-142b и R-21. Далее описывается функционирование цепи. Хладагент смешанного состава в газообразном состоянии при высокой температуре и под высоким давлением, выпускаемый из компрессора 1, попадает в конденсатор 2 для рассеивания своего тепла, где большая часть R-142b и R-21 сжижается и попадает в сепаратор 6 для отделения газа от жидкости. Сжиженные R-142b и R-21, а также R-22 в газообразной форме подвергаются сепарации, причем первые попадают в трубку 7 для отвода жидкости, в то время как последний попадает в трубку 10 для отвода газа. R-142b и R-21, проходящие по трубке 7 для отвода жидкости, попадают в капиллярную трубку 8, в которой их давление падает, а затем попадают в промежуточный теплообменник 9, в котором R-142b испаряется. С другой стороны R-22, проходящий по трубке 10 для отвода газа, охлаждается и конденсируется, проходя через промежуточный теплообменник 9, с помощью R-142b, который там испаряется. Затем давление R-22 падает в капиллярной трубке 11 и он попадает в испаритель 4, где испаряется, обеспечивая охлаждение. R-142b и R-21, выходящие из промежуточного теплообменника 9, и R-22, выходящий из испарителя 4, проходят по трубкам 12 и 13 соответственно, соединяются друг с другом в узле Р, вновь образуя смесь R-22, R-142b и R-21 и возвращаются в компрессор 1.
Компрессорное масло, унесенное в цепь циркуляции хладагента, растворяется в R-21 и возвращается в компрессор. Вернувшись в компрессор 1, R-21 испаряется в нем, вызывая охлаждение компрессора 1. Следовательно, температуру хладагента на выходе из компрессора можно дополнительно понизить.
При принятии решения о содержании веществ в хладагенте необходимо учитывать, что слишком большое количество R-21 делает R-142b более взрывобезопасным, однако хладопроизводительность в испарителе 4 ухудшается, так что хладагент не может быть использован в рефрижераторе. Кроме того, следует учитывать совместимость хладагента с компрессорными маслами и температуру хладагента на выходе из компрессора. Учитывая вышеизложенные соображения, предпочтительным является смешивание 2-12% по весу R-21, 50 - 93% по весу R-22 и 5 - 48% по весу R-142b. Например, хладагент, состоящий из 57% по весу R-22, 38% по весу R-142b и 5% по весу R-21, обеспечивает получение температуры охлаждения -40оС и обнаруживает высокие взрывобезопасные свойства. Далее хладагент, состоящий из 70% по весу R-22, 25% по весу R-142b и 5% по весу R-21, позволил получить более низкую температуру охлаждения, чем в вышеупомянутом случае.
Поскольку может быть получена температура охлаждения -40оС, этот состав хладагента может успешно использоваться в различных рефрижераторных системах как промышленного, так и бытового назначения.
Для лучшего понимания на фиг. 5 показано изменение температуры в компрессоре и температуры охлаждения в испарителе по отношению к составу хладагента с изменяемым содержанием веществ, однако отношение R-22 и R-142b остается постоянным (74: 26).
В соответствии с настоящим изобретением могут быть получены составы хладагента, обладающие значительно уменьшен- ным потенциалом истощения озона в озоносфере. Далее дихлормонофторметан (R-21) в составах хладагента совместим с компрессорными маслами так, что масло, унесенное в цепь циркуляции хладагента, может быть возвращено в компрессор, предотвращая его заедание. Кроме того, R-21 в составах хладагента вызывает охлаждение компрессора, способствуя предотвращению загрязнения маслом.
Помимо этого если составы хладагента подготовлены путем смешивания с 1-хлор-1,1-дифторметаном (R-142b), R-21, в составах хладагента могут удерживаться составы в области отсутствия воспламеняемости, так что случайный взрыв 1-хлор-1,1-дифторэтана можно предотвратить даже несмотря на то, что может произойти утечка хладагента из цепи циркуляции хладагента.
Также в соответствии с изобретением путем определения отношения R-21 к R-142b в пределах 5-20% по весу ухудшение хладопроизводительности, вызванное примешиванием R-21, имеющего высокую точку кипения, можно предотвратить, гарантировав хладопроизводительность и взрывобезопасные свойства составов хладагента.
Неазеотропный состав хладагента, включающий R-22, R-142b и R-134а, может применяться в цепи циркуляции хладагента, изображенной на фиг. 2. R-134а, входящий в состав хладагента, циркулирует в цепи циркуляции хладагента в отношении R-21. В этом случае компрессорное масло растворяется в R-134а и возвращается в компрессор 1. Однако, поскольку R-134а несовместим с нафтеновыми маслами, в качестве компрессорного масла необходимо использовать алкилбензойные масла. Кроме того, поскольку количество R-134а, которое может быть растворено даже в алкилбензойном масле, является ограниченным, содержание R-134а должно опреде- ляться в ограниченных пределах растворимости.
В соответствии с экспериментами было обнаружено, что приемлемое отношение R-134а к общему весу состава хладагента по весу составляет 5% по весу. Соответственно содержание в смеси, образующей состав хладагента, было определено в 70% по весу для R-22, 25% по весу для R-142b и 5% по весу для R-134а. В соответствии с экспериментами с использованием состава хладагента с вышеуказанным содержанием веществ в испарителе 4 при атмосферном давлении была достигнута температура -30оС, в то же время R-134а растворялся в компрессорном масле, обеспечивая удовлетворительный эффект возвращения масла.
Формула изобретения: 1. КОМПОЗИЦИЯ ХЛАДАГЕНТА, содержащая смесь галоидированных углеводородов, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения истощения озона в озоносфере, она содержит дихлормонофторметан и по крайней мере одно фторалкильное соединение из группы: трифторметан, пентафторэтан, монохлордифторметан и 1-хлор-1,1-дифторэтан при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Дихлормонофторметан 0,1 - 50,0
По крайней мере одно фторалкильное соединение 50,0 - 99,9
2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве фторалкильного соединения она содержит трифторметан и/или пентафторэтан.
3. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве фторалкильного соединения она содержит монохлордифторметан и/или 1-хлор-1,1-дифторэтан.
4. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит 30 - 50 мас. % дихлормонофторметана.
5. Композиция по п. 3, отличающаяся тем, что она содержит дихлормонофторметан, монохлордифторметан и 1-хлор-1,1-дифторэтан при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Дихлормонофторметан 2 - 12
Монохлордифторметан 50 - 93
1-хлор-1,1-дифторэтан 5 - 48