Рабочая смесь для холодильных машин - RU2057779C1

Описание

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в холодильных машинах низкого, среднего и высокотемпературного уровня, а также в кондиционерах и тепловых насосах.

Известна рабочая смесь для холодильных машин, содержащая гексафторид серы SF₆ и дифторхлорметан CHClF₂ (Патент США N 3642639). Известная смесь обладает более высокой охлаждающей способностью, чем каждый из компонентов в отдельности. Смесь может наиболее эффективно применяться в области низкотемпературных холодильных машин в диапазоне Т_кип от -25 до -40^оС.

Недостатком известной рабочей смеси для холодильных машин является наличие в ее составе хлорсодержащего вещества, что делает данную смесь озоноопасной. Разрушающее воздействие на озон (О₃) оказывает хлор (Сl), высвобождающийся из фторхлоруглеродных соединений под воздействием жесткого солнечного излучения.

Известна рабочая смесь для холодильных машин, содержащая смесь гексафторида серы SF₆ и трифторметана СНF₃ (Патент США, N 3719603).

Известная рабочая смесь с наибольшей эффективностью может быть использована лишь в специальных холодильных установках, работающих на температурном уровне ниже -70^оС. Как известно диапазон температур, при которых работают бытовые холодильники и кондиционеры, лежит значительно, на 40-50^оС выше.

Известна рабочая смесь для холодильных машин, содержащая, мас. октафторпропан (Ф218) 35-80 и октафторциклобутан (Ф С318) 20-65. (Авторское свидетельство СССР, N 1781279).

Данная рабочая смесь выбрана в качестве прототипа. Известная рабочая смесь соответствует современным требованиям по обеспечению озонобезопасности.

Недостатком известной рабочей смеси для холодильных машин является то, что наиболее эффективный с т.з. снижения энергозатрат диапазон концентраций ее компонентов обуславливает высокую температуру кипения смеси, и это не позволяет использовать смесь в бытовых и промышленных холодильниках низкого и среднетемпературного уровня. Для наиболее эффективной концентрации Ф 218/Ф С318 равной 40/60 температура кипения составляет 19^оС, а для соотношения 35/65 22^оС.

Техническим результатом изобретения является расширение температурного диапазона применения смеси на основе октафтопропана, снижение энергозатрат при эксплуатации холодильного оборудования и обеспечение озонобезопасности.

Для достижения указанного технического результата в известной рабочей смеси, содержащей октафторпропан и фторсодержащий компонент в качестве фторсодержащего компонента использован гексафторид серы при следующем соотношении компонентов, мас. Октафторпропан 36-99,9 Гексафторид серы 0, 1-64
Отличие предложенной смеси заключается в составе и соотношении компонентов.

Гексафторид серы СF₆ имеет неограниченную растворимость в октафторпропане (С₃F₈), обладает достаточно низкой температурой кипения, исключительно стабилен, негорюч. Особенностью SF₆ с точки зрения сокращения энергозатрат цикла является низкий показатель его адиабаты (1,02-1,04). Немаловажным фактором является и относительно невысокая стоимость гексафторида серы (по крайней мере вдвое дешевле Ф218 или ФС318).

Предложенная смесь может использоваться как в виде азеотропного состава в частности при соотношении компонентов SF₆-C₃F₈, мас. 4,5:95,5 так и в виде неазеотропной смеси, при содержании компонентов выходящих из пределов области азеотропии.

Наличие области азеотропии установлено экспериментально в соответствии со следующими данными.

Смесь SF₆ и C₃F₈ в количестве 1 кг при соотношении компонентов по массе 4/96 при медленном испарении сохранила свой состав в жидкой фазе при исчерпании жидкой фазы до 0,05 кг с точностью до 0,1 мас.

П р и м е р. Перед заправкой в холодильную машину смесь приготавливают в отдельном баллоне заправочной емкости весовым способом с контролем состава смеси.

Поскольку все компоненты смеси имеют давление при окружающей температуре значительно выше атмосферного, то добавление любого компонента смеси осуществляется простым передавливанием газа в объем с более низким давлением. Массовая дозировка позволяет обеспечить точность ±0,1%
Для приготовления 100 г рабочей смеси в заправочный баллон заливают 36 г октафторпропана. Затем подсоединяют заправочный баллон к баллону с гексафторидом серы и после изменения первоначальной массы баллона на 100 г заправку емкости прекращают.

Аналогичным образом получают рабочую смесь при соотношении компонентов, составляющем, мас. гексафторид серы 0,1, октафторпропан 99,1.

В таблице представлены расчетно-экспериментальные данные, полученные в результате исследований.

Указанный в таблице показатель потребляемой мощности является измеренным значением мгновенной мощности работающего холодильника среднего класса (объем до 300 л) в условиях умеренной температуры окружающей среды.

Как следует из данных таблицы, в диапазоне концентраций компонентов вблизи 4 мас. SF₆ имеет место снижение энергопотребления. Введение в состав смеси SF₆ позволяет также расширить температурный диапазон применения рабочей смеси на область низких температур. Кроме того, предлагаемая рабочая смесь является экологически чистой (озонобезопасной), т.к. молекула SF₆ не содержит атомов Сl, и элегаз используется в медицине как среда безопасная для человека. Важными свойствами предлагаемой рабочей смеси являются ее высокая стабильность, пожаро- и взрыво- безопасность, коррозионная пассивность.

Граничные значения концентраций компонентов рабочей смеси обусловлены с одной стороны минимальной концентрацией SF₆ в смеси, при которой надежно фиксируется эффект снижения энергопотребления (0,1 мас.), а с другой стороны критической температурой смеси, которая не должна быть ниже 55^оС, т.е. температуры конденсации, принятой для средне и высокотемпературных компрессоров холодильных машин. Увеличение концентрации SF₆ свыше 64 мас. приводит к снижению Т. кр. смеси, что в свою очередь препятствует реализации цикла в холодильной машине, работающей при нормальных условиях окружающей среды, т.к. в таких условиях при превышении концентрации SF₆ не будет происходить конденсации смеси, а следовательно и генерации холода.

Таким образом, предлагаемая рабочая смесь может найти применение в холодильных машинах низко, средне и высокотемпературного уровня, в кондиционерах и тепловых насосах.

Причем благодаря указанным свойствам, предложенная рабочая смесь позволяет осуществить переход на нее холодильной техники, базирующейся в настоящее время на озоноопасных хладонах (Ф 12, Ф 22, Ф 113, Ф 114 и др.) без переделки и доработки конструкций серийных холодильников и кондиционеров, а также разработки новых масел, эластомеров и конструкционных материалов.

Реферат

Использование: в холодильной технике для холодильных машин низкого, среднего и высокого температурного уровня, а также в кондиционерах и тепловых насосах. Сущность изобретения: рабочая смесь для холодильных машин содержит октафторпропан 36 - 99,9 мас.%, и гексафторид серы 0,1 - 64 мас.%. 1 табл.

Формула