холодильный агент
Классы МПК: | C09K5/00 Материалы для теплопередачи, теплообмена или хранения тепла, например для рефрижераторов; материалы для производства тепла или холода с помощью химических реакций иначе, чем путем сжигания |
Автор(ы): | Захаров Николай Дмитриевич[UA], Сурьянинова Нина Николаевна[UA] |
Патентообладатель(и): | Захаров Николай Дмитриевич (UA) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-07-08 публикация патента:
15.12.1994 |
Применение: холодильная техника. Сущность изобретения: холодильный агент для одноступенчатой регенеративной холодильной машины включает, мол.%: хладон-14 13,2 - 34,2; хладон-218 33,5 - 42,9; аргон - остальное, что обеспечивает повышение термодинамической эффективности цикла холодильной машины. 1 табл.
Рисунок 1
Формула изобретения
ХОЛОДИЛЬНЫЙ АГЕНТ для одноступенчатой регенеративной холодильной машины, включающий аргон и органические добавки, отличающийся тем, что в качестве органических добавок он содержит хладон-14 и хладон -218 при следующем соотношении компонентов, мол.%:Хладон-14 13,2 - 34,2
Хладон-218 33,5 - 42,9
Аргон Остальное
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано для охлаждения объектов в радиоэлектронике, например, квантоскопов, в диапазоне 120...130К с помощью замкнутых дроссельных регенеративных циклов. Известны холодильные агенты для дроссельных систем охлаждения, представляющие собой многокомпонентные рабочие тела, содержащие, об.%: Метан 5 - 25 Этан 15 - 25 Пропан 10 - 15 Хладон-12 10 - 25 Изобутан 5 - 25 н-Бутан Остальное (1). Указанные агенты обеспечивают сравнительно высокую термодинамическую эффективность цикла в диапазоне охлаждения 140 - 170 К при использовании компрессоров с одноступенчатым сжатием, однако для диапазона охлаждения 120 - 130К указанные холодильные агенты требуют использования в цикле компрессоров с двухступенчатым сжатием, что значительно повышает рабочее давление сжатия в компрессоре. С целью повышения термодинамической эффективности цикла холодильные агенты включают такие компоненты, как хладон-14 и ниже приведен состав такого холодильного агента, об.%: Хладон-12 30 - 50 Этан 20 - 40 Хладон-14 20 - 40 (2). Но указанный холодильный агент (2) предназначен, во-первых, для получения температур 153 - 163К и, во-вторых, для применения в нижнем каскаде двухкаскадной регенеративной установки. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому составу является холодильный агент, содержащий аргон, пропилен и изобутан при следующем соотношении компонентов, мол.%: Аргон 20 - 40 Пропилен 20 - 40 Изобутан 20 - 50 (3). Данный холодильный агент для цикла с одноступенчатым сжатием обеспечивает высокую термодинамическую эффективность в диапазоне температур 90 - 120К при давлении нагнетания до 8,0 МПа. Недостатком дроссельных систем на таком холодильном агенте является низкая термодинамическая эффективность при переходе на температурный диапазон охлаждения 120 - 130К при давлении нагнетания в цикле до 3,5 МПа, а также использование взрывопожароопасных компонентов. Цель изобретения - повышение термодинамической эффективности цикла в диапазоне охлаждения 120 - 130К при давлении нагнетания до 3,5 МПа и обеспечение взрыво-, пожаро- и озонобезопасности. Указанная цель достигается тем, что холодильный агент содержит компоненты, в мол.%: Хладон-14 13,2 - 34,2 Хладон-218 33,5 - 42,9 Аргон ОстальноеВведенный в состав холодильного агента хладон-14 имеет более низкое значение критического давления по сравнению с пропиленом, а хладон-218 - соответственно по сравнению с изобутаном, что позволяет понизить давление нагнетания в цикле до 3,5 МПа при обеспечении высокой термодинамической эффективности. Понижение давления нагнетания в цикле до 3,5 МПа по сравнению с прототипом выявляет ряд существенных преимуществ при использовании заявляемого состава:
снижение требований к прочностным характеристикам элементов линии нагнетания, что в свою очередь приводит к снижению массы и габаритов этих элементов и, следовательно, к экономии остродефицитных материалов;
снижение требований к конструкции динамических и статических уплотнений, что увеличивает надежность и срок службы элементов;
снижение требований по безопасности при эксплуатации изделия. Кроме этого, хладон-14 имеет температуру кипения 145, 2К, что ниже, чем у пропилена (225,4К), а хладон-218 - 236,4К, что ниже, чем у изобутана (261,3К) и разность значений нормальных температур кипения хладона-14 и хладона-218 более чем в два раза превышает аналогичную разность температур пропилена и изобутана. Следовательно, введение в смесь хладона-14 и хладона-218 обеспечивает более равномерное распределение промежуточных фазовых переходов пар-жидкость по длине теплообменника, что значительно повышает термодинамическую эффективность цикла. Кроме того, насыщенные углеводороды пропилен и изобутан отличаются взрывоопасностью и воспламеняемостью (4), а полностью галогенизированные хладоны R14 и R218 (без Н-атомов) не горючи в смеси с воздухом и не воспламеняются, что обеспечивает пожаро- и взрывобезопасность заявляемой смеси. В молекулах хладонов R14 и R218 все атомы водорода замещены атомами фтора CF4 и C3F8. Связь углерода с фтором, самым электроотрицательным элементом, является наиболее прочной химической связью, что гарантирует озонобезопасность при использовании таких хладонов в качестве криоагентов в дроссельных рефрижераторных системах. Использование предлагаемого холодильного агента позволяет получить удельную холодопроизводительность в цикле 9 - 13 Вт/нм3/ч при давлении нагнетания до 3,5 МПа, что повышает термодинамическую эффективность машины. А для цикла на смеси прототипа: аргон, пропилен, изобутан - удельная холодопроизводительность цикла 9 Вт/нм3/ч достигается при давлении нагнетания значительно выше 3,5 МПа (до 8 МПа). Например, для смеси состава 4 (табл.), То = 120К изотермический дроссель-эффект на уровне 300К при давлении всасывания 0,68 МПа и давлении нагнетания 3,4 МПа составляет (с учетом недорекуперации на теплом конце 5К)



Класс C09K5/00 Материалы для теплопередачи, теплообмена или хранения тепла, например для рефрижераторов; материалы для производства тепла или холода с помощью химических реакций иначе, чем путем сжигания