Озонобезпечна робоча суміш
Використання: як робоче тіло рефрижераторних систем (РС) і теплових насосів (ТН). Сутність винаходу: озонобезпечна робоча суміш містить 1,1,1,2-тетрафторетан (R134a) і вуглеводень, або чисті речовини бутан або пентан, або бінарні суміші н-бутану та ізобутану, або н-пентану та ізопентану при вмісті вуглеводню у складі робітників суміші від 5 до 80 мол. %. Застосування цієї робочої суміші дозволяє збільшити питому об'ємну продуктивність при незмінному ексергетичному ККД та перепаді тисків у РС або ТН. Водночас використання такого робочого тіла дозволяє знизити температуру кипіння при надмірному тиску, наприклад, у рефрижераторних системах нижче 250 К. 2 іл., 3 табл.
Винахід відноситься до складу робочої суміші для рефрижераторних систем (РС), а також теплових насосів (ТН), призначене для використання в установках малої продуктивності.
Відомий двокомпонентний холодоагент для парокомпресійних рефрижераторів, що включає озонобезпечні компоненти наступного складу: пентафторетан (R125) і пропан або пропілен або н-бутан або ізобутан або їх суміш [1] Переважно R125 становить 60-80% краще 65.
Недоліками відомого холодоагенту є підвищені абсолютні значення тиску прямого та зворотного потоків, що унеможливлює його безпосереднє використання в існуючих РС. Крім того, бінарні суміші R125 з н-бутаном або ізобутаном є неазеотропними, що призводить до значної різниці температур у випарнику та конденсаторі РС, а це у свою чергу знижує енергетичну ефективність системи в цілому.
Відома бінарна азеотропна суміш, що включає 1,1,2,2-тетрафторетан (R134) і бутан з наступним мольним складом: R134 (74%) н-бутан (26%) або R134 (66%)ізобутан (34%) [2] Недоліками відомої суміші є, по-перше, відносно низька об'ємна холодопродуктивність, по-друге, висока нормальна температура кипіння, внаслідок чого у випарнику РС при температурах нижче 250 До утворюється вакуум.
Найбільш близькою до пропонованого є робоча суміш, що містить 1,1,1,2-тетрафторетану (R134a) і вуглеводні, представлені, наприклад, пропаном і фторпохідними метану і етану, при вмісті тетрафторетану в різних прикладах від 25 до 95 мас. [3] Однак і цьому холодоагенту притаманні недоліки, пов'язані з підвищеними абсолютними значеннями тисків прямого і зворотного потоків, що унеможливлює його безпосереднє використання в існуючих малих РС.
Мета винаходу підвищення питомої холодопродуктивності робочої суміші та зниження нормальної температури кипіння у випарнику РС нижче 250 К.
Мета досягається тим, що у відомому холодоагенті, що містить 1,1,1,2-тетрафторетан (R134a) і вуглеводень, в якості вуглеводню обрані або чисті речовини бутан або пентан, або бінарні суміші н-бутану і ізобутану або н-пентану та ізопентану при вмісті вуглеводню в межах від 5 до 80 мол.
Вміст тетрафторетану у складі робочої суміші переважно становить 20-95 мол.
Приклад 1. Пропоновану робочу суміш готують ваговим способом. Кожен компонент суміші зберігають в окремому балоні. По черзі кожен з балонів приєднують до стенду і в загальний ресивер випускають таку кількість компонента, маса якого відповідає заданій кількості цього компонента в відсотках мольних в робочій суміші.
Спочатку ресивер випускають висококиплячий компонент, у якого тиск насичення при даній температурі найменше, а саме вуглеводень. Потім додають компонент знижчою нормальною температурою кипіння (Тн.к.) і, відповідно, вищим тиском парів R134a (Тн.к. 246,7 К).
Вибір складу робочого тіла у зазначеному вище інтервалі здійснюється таким чином, щоб на необхідному температурному рівні у випарнику тиск у ньому не був меншим за атмосферний. Для перевірки використовуються p-діаграми бінарних сумішей.
Використання робочої суміші фреону R134a, що має нормальну температуру кипіння, нижчу, ніж R134 (аналог) (табл. 1), дозволяє знизити температуру кипіння робочої суміші нижче 250 К і при цьому уникнути вакууму у випарнику РС.
Разом з тим, істотно збільшується питома об'ємна холодопродуктивність суміші при незмінному ексергетичному ККД РС. У табл. 2 наведені порівняльні характеристики одноступеневої РС без регенерації, що працює на традиційному холодоагенті R12, фреоні R134a, суміші R134-бутан (аналог) і пропонованої робочої суміші, коли в якості вуглеводню використовується бутан. Характеристики наведені для умов роботи малих рефрижераторів: температура конденсації Тк 313 (40 o С), температура кипіння Ті 250 К (-23 o С).
У табл. 3 наведені аналогічні характеристики для теоретичного циклу одноступеневої парорідкістної РС з регенерацією. Ступінь регенерації приймалася рівною 20 До.
З табл. 1, 2 видно, що пропонована робоча суміш має більшу порівняно з прототипом об'ємної холодопродуктивністю при незмінному ексергетичному ККД і перепаді тисків в РС.
Озонобезпечна робоча суміш, що містить 1,1,1,2-тетрафторетан і вуглеводень, відрізняється тим, що в якості вуглеводню обрані або чисті речовини бутан або пентан, або бінарні суміші н-бутану та ізобутану, або н-пентану та ізопентану при вмісті вуглеводню всклад робочої суміші 5-80 мол.