ФТОРИРОВАННЫЕ КОМПОЗИЦИИ И СИСТЕМЫ, ПРИМЕНЯЮЩИЕ ТАКИЕ КОМПОЗИЦИИ
FLUORINATED COMPOSITIONS AND SYSTEMS USING SAID COMPOSITIONS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к композициям, состоящим из дифторметана, пентафторэтана и 1,1,1,2-тетрафторэтана со смесями н-бутана и изопентана.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Фторированные углеводороды имеют много применений, одним из которых является применение в качестве теплопередающих композиций, используемых в кондиционерах воздуха, тепловых насосах, охладителях для воды и в холодильниках.
Полностью и частично галогензамещенные хлорфторуглероды (например, широко применяемый хлордифторметан R22) влекут за собой различные реакции, связанные с разрушением озонового слоя. В связи с этим их производство и использование подлежат ограничению.
Соответственно, существует необходимость в таких композициях для передачи тепла, которые имеют нулевой озоноразрушающий потенциал, в то же время обеспечивая эффективную работу систем охлаждения, кондиционирования воздуха, охладителей для воды и тепловых насосов, разработанных для использования R22.
Кроме того, необходимы композиции, которые, кроме характеристик, связанных с теплопередачей и влиянием на окружающую среду, требующихся для любой теплопередающей композиции, также имеют удовлетворительную совместимость с традиционными смазочными материалами для компрессоров, например, с минеральными маслами (такими, как Sunoco's Suniso 3GS, разработанное в числе других видов масла для смазки компрессоров) и с алкилбензолами, которые широко используются в качестве смазочных материалов для систем охлаждения, работающих на хлорфторуглероде (ХФУ) и/или гидрохлорфторуглероде (ГХФУ).
Однако тот факт, что эти смазочные материалы не растворяются в хладагентах на основе гидрофторуглерода (ГФУ) (которые не разрушают озоновый слой и могли бы заменить существующие хладагенты), препятствует использованию ГФУ и приводит к необходимости разработки альтернативных видов смазочных материалов для теплопередающих композиций ГФУ. Эти альтернативные смазочные материалы главным образом основаны на полиалкилен гликолях (ПАГ) и полиэстерах (ПЭ). Являясь приемлемыми смазочными материалам для теплопередающих композиций на основе ГФУ, многие ПАГ и ПЭ обладают крайне высокой гигроскопичностью и могут абсорбировать несколько тысяч частиц на миллион (частиц на миллион) воды, если к ним имеется доступ влажного воздуха. Эта поглощенная влага приводит к возникновению проблем в оборудовании, например к образованию кислот, результатом чего является коррозия компонентов и образование устойчивых шламов.
В отличие от смазочных материалов на основе ПЭ и ПАГ, минеральные масла и алкилбензолы обладают значительно меньшей гигроскопичностью и могут растворять в себе менее 100 частиц на миллион воды. Поэтому существует необходимость создания таких композиций ГФУ, которые могут использовать минеральные масла и алкилбензоловые смазочные материалы.
Более того, в некоторых видах оборудования может происходить потеря теплопередающей композиции в процессе работы вследствие утечек через уплотнения валов, соединения шлангов, паяные соединения и дефекты в линиях или же во время ремонта и обслуживания оборудования, результатом чего является выход теплопередающей композиции в атмосферу. Если такая теплопередающая композиция в оборудовании не является чистым компонентом, азеотропной композицией или композицией азеотропного типа, то в случае утечки или выпускания в атмосферу в такой теплопередающей композиции могут происходить изменения. Эти изменения в композиции могут привести к тому, что такая теплопередающая композиция может стать воспламеняющейся или будет иметь сниженную охлаждающую способность. Требуется также получить композицию, которая бы, обладая описанными выше желаемыми свойствами, удовлетворяла бы следующим требованиям: была способна служить заменителем хладагента R22 с минимальными изменениями в оборудовании; вела бы себя не хуже, чем композиция азеотропного типа; обладала бы приемлемым потенциалом с точки зрения глобального потепления; имела достаточно низкую токсичность; обладала бы удовлетворительной совместимостью с минеральным маслом; имела бы хорошие показатели по возврату масла в процессе работы; обладала бы приемлемой энергетической эффективностью, в то же время поддерживая сравнимую охлаждающую способность по отношению к R22.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже приведены композиции, составленные из следующих компонентов, весовые доли которых выражены в процентах, причем в сумме (включая любые добавки) они дают 100 мас.%.
2
2,
7,0-9,0 мас.% R32 [дифторметан, CHF нормальное значение точки кипения равно -51,7°C];
3
2
39,0-50,0 мас.% R125 [пентафторэтан, CFCHF, нормальное значение точки кипения равно -48,5°C];
3
2,
39,0-50,0 мас.% R134a [1, 1, 1, 2 тетрафторэтан, CFCHF нормальное значение точки кипения равно -26,1°C];
1,9-2,5 мас.% углеводорода, который в основном состоят из
3
2
2
3
1,5-1,8 мас.% R600 [н-бутан, CHCHCHCH, нормальное значение точки кипения равно -0,5°C], и
3
2
2
3
3
2
2
2
3
0,4-0,7 мас.% R601a [изопентан, ((CH)CHCHCH, нормальное значение точки кипения равно +27,8°C] или R601 [н-пентан (CHCHCH CHCH, нормальное значение точки кипения равно +36°C)]. Расчетное значение потенциала глобального потепления (ПГП) этих композиций составляет от примерно 1800 до примерно 2000.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиции составлены из компонентов со следующими значениями массовых долей:
7,0-9,0 мас.% R32 ;
42,0-49,0 мас.% R125;
42,0-49,0 мас.% R134a;
1,9-2,5 мас.% углеводорода, который в основном состоит из 1,5-1,8 мас.% R600 и 0,4-0,7 мас.% R601a или 0,4-0,7 мас.% R601.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиции составлены из компонентов со следующими значениями массовых долей:
7,0-9,0 мас.% R32 ;
43,5-47,5 мас.% R125;
42,7-45,7 мас.% R134a;
1,9-2,5 мас.% углеводорода, который в основном состоит из 1,5-1,8 мас.% R600 и 0,4-0,7 мас.% R601a или 0,4-0,7 мас.% R601.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиции составлены из компонентов со следующими значениями массовых долей:
7,0-9,0 мас.% R32;
43,5-47,5 мас.% R125;
42,7-45,7 мас.% R134a;
2,1- 2,5 мас.% углеводорода, который в основном состоит из 1,5-1,8 мас.% R600 и 0,4-0,7 мас.% R601a или 0,4-0,7 мас.% R601.
Кроме того, представленные выше композиции могут применяться в охладителях с затопленным испарителем, где композиция в жидком виде находится в испарителе, а парообразная фаза циркулирует внутри охладителя, в этом случае композиция имеет следующий состав:
10.0-17.0 мас.% R32 ;
54,0-61,0 мас.% R125;
23,0-30,0 мас.% R134a;
2,3-3,1 мас.% углеводорода, который в основном состоит из 2,0-2,5 мас.% R600 и 0,3-0,6 мас.% R601a или 0,3-0,6 мас.% R601.
Расчетное значение потенциала глобального потепления (ПГП) у этих композиций составляет от примерно 1900 до примерно 2100.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения эти композиции используются в качестве теплопередающей среды в системах передачи тепла. В некоторых вариантах осуществления представленные здесь новые композиции особенно полезны в системах, применяющих инжекционное охлаждение.
Далее представлены холодильники, морозильные камеры, кондиционеры воздуха, охладители для воды и тепловые насосы, использующие вышеупомянутые композиции в качестве, по меньшей мере, одной из композиций, использующихся в данном оборудовании.
Кроме того, представлены холодильники, морозильные камеры, кондиционеры воздуха, охладители для воды и тепловые насосы, в настоящий момент имеющие датчик (чувствительный элемент) с текучей средой (жидкостью или газом), пригодной для использования в этом датчике в том случае, если в контуре конденсатор-испаритель применяется R22, а одна из описанных выше композиций используется в качестве циркулирующей теплопередающей композиции в контуре системы конденсатор-испаритель. В некоторых вариантах осуществления датчика агент (текучая среда), пригодный для применения в датчике в случае, когда в контуре конденсатор-испаритель используется R22, представляет собой такой агент или смесь агентов, который имеет давление такое же, как R22 или ниже. В некоторых вариантах осуществления датчика агент, пригодный для применения в датчике в случае, когда в контуре конденсатор-испаритель используется R22, представляет собой такой агент или смесь агентов, который имеет давление такое же, как R22 или выше. В некоторых вариантах осуществления, когда, по меньшей мере, в одном датчике находится агент или смесь агентов, выбранная для работы в случае использования R22 в контуре конденсатор-испаритель, этот агент или смесь агентов имеет наклон зависимости давление/температура, отличающийся от того, который имеет R22. В некоторых вариантах осуществления агентом в датчике, выбранном для работы в том случае, когда в контуре конденсатор-испаритель используется R22, является также R22. В некоторых вариантах осуществления в контуре конденсатор-испаритель используется одна из описанных выше композиций. В некоторых вариантах осуществления одна из описанных выше композиций используется в датчике, и одна из описанных выше композиций используется в контуре конденсатор-испаритель.
В настоящее время многие системы охлаждения и системы кондиционирования воздуха используют R22 как в датчике, соединяющемся с расширительным клапаном, так и в «контуре конденсатор-испаритель» таких систем охлаждения или систем кондиционирования воздуха. Термин «контур конденсатор-испаритель» представляет собой термин, используемый для описания той части системы теплопередачи, которая включает в себя все элементы и компоненты системы, через которые осуществляется циркуляция жидкости от расширительного клапана до испарителя и далее до конденсатора, со всеми каналами и другими элементами, находящимися в цепи прохождения жидкости между расширительным клапаном и конденсатором. Однако термин «контур конденсатор-испаритель» не включает в себя датчик.
К добавкам, которые могут в качестве опции добавляться в состав описанных выше композиций, относятся смазочные материалы, ингибиторы коррозии, поверхностно-активные вещества, противовспенивающие присадки (например, Dow 200), растворители (например, Isopar H от компании Exxon), стабилизаторы, агенты для возврата масла (включая агенты для возврата полимерного масла), красители или другие соответствующие материалы. Кроме того, в состав композиций, таких как описаны выше, может входить по меньшей мере один смазочный материал, выбранный из группы в составе полиалкилен гликолей, эстеров полиола, поливинилэфиров, минеральных масел, алкилбензолов, синтетических парафинов, синтетических нафтенов и поли(альфа)олефинов.
К смазочным материалам для настоящего изобретения относятся те, которые пригодны для применения в холодильных агрегатах или системах кондиционирования воздуха. К этим смазочным материалам относятся традиционно применяемые в парокомпрессионных холодильных агрегатах, использующих хлорфторуглеродные хладагенты. Такие смазочные материалы и их свойства описаны в справочнике ASHRAE 1990 г. «Системы охлаждения и их применение» в главе 8, озаглавленной «Смазочные материалы для систем охлаждения», страницы от 8.1 до 8.21, упоминаемом здесь в качестве ссылки. К смазочным материалам для настоящего изобретения относятся широко известные в области смазочных материалов для компрессионного охлаждения материалы, общеизвестное название которых «минеральные масла». К минеральным маслам относятся парафины (т.е. насыщенные углеводороды с прямыми или разветвленными углеродными цепочками), нафтены (т.е. циклические парафины) и ароматические углеводороды (т.е. ненасыщенные циклические углеводороды, имеющие одно или большее количество колец, характеризующихся чередующимися двойными связями). Кроме того, к смазочным материалам для настоящего изобретения относятся материалы, известные в области смазочных материалов для компрессионного охлаждения под названием «синтетические масла». К синтетическим маслам относятся алкиларилы (т.е. линейные и разветвленные алкил алкилбензолы), синтетические парафины и нафтены, а также поли(альфаолефины). Типичными представителями общеизвестных смазочных материалов для настоящего изобретения являются представленные на рынке BVM 100 N (парафиновое минеральное масло от компании BVA Oils), Suniso 3GS и Suniso 5GS (нафтеновое минеральное масло, предлагаемое компанией Crompton Co.), Sontex 372LT (нафтеновое минеральное масло, предлагаемое компанией Pennzoil), Calumet RO-30 (нафтеновое минеральное масло, предлагаемое компанией Calumet Lubricants), Zerol 75, Zerol 150 и Zerol 500 (линейные алкилбензолы, предлагаемые компанией Shrieve Chemicals) and HAB 22 (разветвленный алкилбензол, предлагаемый компанией Nippon Oil).
К смазочным материалам для настоящего изобретения также относятся те, которые были разработаны для использования с гидрофторуглеродными хладагентами и способны смешиваться с хладагентами, изготовленными согласно данному изобретению, в условиях работы компрессионных агрегатов охлаждения и кондиционирования воздуха. Такие смазочные материалы и их свойства рассмотрены в работе Р.Л.Шубкина «Синтетические смазочные материалы и высокоэффективные хладагенты» под редакцией Марсела Деккера, 1993 г. Не ограничивающий перечень таких смазочных материалов включает в себя эстеры полиола (ПЭ), например Castrol 100 (Castrol, Объединенное королевство), полиалкиновые гликоли (ПАГ), например RL-488A от компании Dow (Dow Chemical, Мидленд, Мичиган), поливиниловые эфиры (ПВЭ) и поликарбонаты (ПК), например MA2320F от компании Mitsui.
Смазочные материалы для настоящего изобретения выбираются с учетом требований данного конкретного компрессора, а также требований защиты окружающей среды, в которой данный смазочный материал будет работать.
В некоторых вариантах осуществления в состав композиций могут быть также включены одна или несколько добавок (например, компатибилизаторы или ультрафиолетовые краски) в количестве, не превышающем 10 мас.% описанных выше композиций. В других вариантах осуществления количество этих одной или нескольких добавок, присутствующих в описанных выше композициях, не превышает значения 500 частиц на миллион. В других вариантах осуществления количество этих одной или нескольких добавок, присутствующих в описанных выше композициях, не превышает значения 250 частиц на миллион. В других вариантах осуществления количество этих одной или нескольких добавок, присутствующих в описанных выше композициях, не превышает значения 200 частиц на миллион.
В других вариантах осуществления весовая доля этих одной или нескольких добавок, присутствующих в описанных выше композициях, не превышает значения от 0,1 до 3 мас.%. В других вариантах осуществления весовая доля этих одной или нескольких добавок, присутствующих в описанных выше композициях, не превышает значения от 0,01 до 1,5 мас.%.
3
2
2
3
2
2
3
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения предлагается использовать пефторполиэфиры в качестве добавок, которые способны смешиваться с гидрофторуглеродными и углеводородными хладагентами и жидкостями/газами, осуществляющими передачу тепла. Общей характеристикой перфторполиэфиров является наличие составляющих в виде перфторалкил эфиров. Перфторполиэфир является синонимом перфторполиалкилэфира. К другим часто используемым терминам, являющимся их синонимами, относятся “ПФПЭ”, “ПФАЭ”, “масло ПФПЭ”, “жидкость ПФПЭ” и “ПФПАЭ”. Например, KRYTOX, предлагаемый компанией DuPont, представляет собой перфторполиэфир, формула которого CF-(CF)-O-[CF(CF)-CF-O]j'-R'f. В этой формуле j' принимает значения от 2 до 100 включительно, а R'f представляет собой CFCF, перфторалкильную группу от C3 до C6 или их комбинацию.
3
2
3
m'
2
n'
1f.
3
2
3
m'
2
2
o'
2
n'
1f
1f
3
2
5
3
7
К другим примерам перфторполиэфиров, которые также могут быть использованы, относятся жидкости FOMBLIN и GALDEN, предлагаемые компанией Ausimont, Милан, Италия и изготовляемые путем фотоокисления перфторолефина. FOMBLIN-Y может иметь формулу CFO(CFCF(CF)-O-)(CF-O-)-R Также приемлемой является формула CFO[CFCF(CF)O](CFCFO)(CFO)-R. В этих формулах R представляет собой CF, CF, CF или комбинацию из двух или большего количества таких групп; (m'+n') может иметь значение от 8 до 45 включительно, а m/n может иметь значения от 20 до 1000 включительно; o' равно 1; (m'+n'+o') может иметь значения от 8 до 45 включительно, а m'/n' может иметь значения от 20 до 1000.
3
2
2
p'
2
q'
3
FOMBLIN-Z может иметь формулу CFO(CFCF-O-)(CF-O)CF, где (p'+q') может иметь значения от 40 до 180 включительно, а p'/q'принимает значения от 0,5 до 2 включительно.
2
3
t'
2f
2f
3
2
5
Также могут использоваться жидкости DEMNUM, представляющие собой другое семейство PFPE, предлагаемое компанией Daikin Industries, Япония. Они могут производиться путем последовательной олигомеризации и фторирования 2,2,3,3-тетрафтороксетана, результатом чего является формула F-[(CF)-O]-R, где R представляет собой CF, CF или их комбинацию, а t' принимает значения от 2 до 200 включительно.
r'
(2r'+1)
r'
(2r'+1)
3
2
w'
2
x'
2
2
y'
2
4
w'
2
4
x'
3
6
y'
3
2
x'
2
y'
2
2
2
w'
3
2
x'
2
2
y'
2
z'
3
2
w'
2
4
w'
2
4
x'
3
6
y'
2
2
2
w'
3
2
9
2
3
3
2
9
3
2
Две конечные группы перфторполиэфира могут быть независимо сделаны функциональными или нефункциональными. В случае нефункционализированного перфторполиэфира конечная группа может представлять собой разветвленную или прямую цепочку конечных групп из перфторалкильных радикалов. Примеры таких перфторполиэфиров могут иметь формулу CF-A-CF, в которой каждая из величин r' может независимо принимать значения от 3 до 6; A может представлять собой O-(CF(CF)CF-O), O-(CF-O)(CFCF-O), O-(CF-O), O-(CF-O)(CF-O), O-(CF(CF)CF-O)(CF-O), O-(CFCFCF-O), O-(CF(CF)CF-O)(CFCF-O)-(CF-O) или комбинацию из двух или большего количества этих вариантов, в оптимальном случае A представляет собой O-(CF(CF)CF-O), O-(CF-O), O-(CF-O)(CF-O), O-(CFCFCF-O) или комбинацию из двух или большего числа этих вариантов, w' принимает значения от 4 до 100; x' и y' независимо друг от друга могут принимать значения от 1 до 100. Неограничивающий перечень конкретных примеров включает в себя F(CF(CF)-CF-O)-CFCF, F(CF(CF)-CF-O)-CF(CF), а также их комбинации. В таких перфторполиэфирах до 30% галогенных атомов могут представлять собой атомы не фтора, а других галогенов, например, атомы хлора.
Две конечные группы перфторполиэфира, независимо друг от друга, также можно сделать функциональными. Типичную функционализированную конечную группу можно выбрать из следующего набора: эстеры, гидроксилы, амины, амиды, нитрилы, карбоксильные кислоты и сульфоновые кислоты.
К типичным представителям эстеровых конечных групп относятся
3
2
3
2
3
2
2
3
2
2
3
-COOCH, -COOCHCH, -CFCOOCH, -CFCOOCHCH, -CFCFCOOCH,
2
2
2
3
2
2
3
2
2
2
3
2
2
2
3
-CFCFCOOCHCH, -CFCHCOOCH, -CFCFCHCOOCH, -CFCHCHCOOCH,
2
2
2
2
3
-CFCFCHCHCOOCH.
2
К типичным представителям гидроксильных конечных групп относятся -CFOH,
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
-CFCFOH, -CFCHOH, -CFCFCHOH, -CFCHCHOH, -CFCFCHCHOH.
2
1
2
К типичным аминным представителям конечных групп относятся -CFNRR,
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
2
3
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
-CFCFNRR, -CFCHNRR, -CFCFCHNRR, -CFCHCHNRR, -CFCFCHCHNRR, где R и R независимо могут иметь значения H, CH или CHCH.
К типичным амидным представителям конечных групп относятся
2
2
2
2
2
2
2
2
1
2
1
2
1
2
1
2
-CFC(O)NRR, -CFCFC(O)NRR, -CFCHC(O)NRR, -CFCFCHC(O)NRR,
2
2
2
2
2
2
2
3
2
3
1
2
1
2
1
2
-CFCHCHC(O)NRR, -CFCFCHCHC(O)NRR, где R и R независимо могут иметь значения H, CH или CHCH.
2
К типичным нитриловым представителям конечных групп относятся -CFCN,
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
-CFCFCN, -CFCHCN, -CFCFCHCN, -CFCHCHCN, -CFCFCHCHCN.
2
2
2
2
2
2
2
2
К типичным представителям конечных групп в виде карбоксильных кислот относятся -CFCOOH, -CFCFCOOH, -CFCHCOOH, -CFCFCHCOOH,
2
2
2
2
2
2
2
-CFCHCHCOOH, -CFCFCHCHCOOH.
3
4
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
4
4
4
4
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
К типичным представителям конечных групп в виде сульфоновых кислот относятся -S(O)(O)OR, -S(O)(O)R, -CFO S(O)(O)OR, -CFCFO S(O)(O)OR, -CFCHO S(O)(O)OR, -CFCFCHO S(O)(O)OR, -CFCHCHO S(O)(O)OR, -CFCFCHCHO S(O)(O)OR, -CF S(O)(O)OR, -CFCF S(O)(O)OR, -CFCH S(O)(O)OR, -CFCFCH S(O)(O)OR, -CFCHCH S(O)(O)OR, -CFCFCHCH S(O)(O)OR, -CFO S(O)(O)R, -CFCFO S(O)(O)R, -CFCHO S(O)(O)R, -CFCFCHO S(O)(O)R,
2
2
2
2
2
2
2
3
2
3
2
3
3
2
3
3
2
3
2
3
3
2
3
4
4
3
4
-CFCHCHO S(O)(O)R, -CFCFCHCHO S(O)(O)R, где R представляет собой H, CH, CHCH, CHCF, CF или CFCF, R представляет собой CH, CHCH, CHCF, CF или CFCF.
Комбинация из хладагента и перфторполиэфирной добавки согласно данному изобретению улучшает процесс работы систем охлаждения, систем кондиционирования воздуха и систем передачи тепла в одном или нескольких аспектах. В одном аспекте она позволяет осуществлять адекватный возврат масла к компрессору, в результате чего уровни масла поддерживаются на должном рабочем значении за счет предотвращения скапливания масла в змеевиках теплообменника. В другом аспекте комбинация хладагент-перфторполиэфир может также улучшать выполнение процесса смазки минеральным маслом или синтетическими маслами. Еще в одном аспекте комбинация хладагент-перфторполиэфир также улучшает эффективность теплопередачи, тем самым повышая коэффициент полезного действия. Также была продемонстрирована способность комбинации хладагент-перфторполиэфир снижать трение и уменьшать износ в граничной смазке, результатом чего должно стать увеличение срока службы компрессора. Перечень преимуществ от настоящего изобретения не ограничивается приведенным выше перечислением
Выражение «эффективное количество перфторполиэфира» в этом описании означает такое количество добавки перфторполиэфира, которое обеспечивает удовлетворительный возврат масла к компрессору для поддержания или улучшения эффективности процесса смазки или повышения энергетической эффективности, или же для того и другого, причем специалист в данной области техники может корректировать вышеупомянутое количество перфторполиэфира до значения, соответствующего конкретной системе охлаждения/теплопередачи (змеевик, компрессор и т.п.) и виду используемого хладагента.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения масса перфторполиэфира составляет менее 40 мас.% хладагента или теплопередающего агента. В другом варианте осуществления настоящего изобретения масса перфторполиэфира составляет значение, не превышающее 20-30 мас.% хладагента или теплопередающего агента. Еще в одном варианте осуществления настоящего изобретения масса перфторполиэфира составляет менее 10 мас.% хладагента или теплопередающего агента. В другом варианте осуществления настоящего изобретения масса перфторполиэфира составляет значение, не превышающее 1-2 мас.% хладагента или теплопередающего агента. Еще в одном варианте осуществления настоящего изобретения масса перфторполиэфира составляет значение, находящееся в диапазоне 0,01-1,0 мас.% хладагента или теплопередающего агента. И еще в одном варианте осуществления настоящего изобретения масса перфторполиэфира составляет значение, находящееся в диапазоне 0,03-0,80 мас.% хладагента или теплопередающего агента.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления могут добавляться агенты для возврата полимерного масла, такие как ZonylPHS (предлагаемые компанией E.I. du Pont de Nemours and Company), которые делают растворимыми или дисперсными минеральные масла или синтетические смазочные материалы.
Описанные здесь композиции могут быть полезными в качестве хладагентов и, в особенности, как альтернатива R22. Кроме того, они могут быть полезными в качестве агентов для расширения пены (например, для полиолефинов и для полиуретановой пены), в качестве растворителей, чистящих агентов, аэрозольных носителей, теплопередающей среды, парообразных диэлектриков, в качестве рабочего вещества энергетических циклов, в качестве среды для полимеризации, в качестве композиций для удаления частиц, как вещества-носители, как полирующие абразивные вещества и как агенты для сушки вытеснением.
В некоторых вариантах осуществления композиции настоящего изобретения рассматриваются как композиции азеотропного типа, имеющие в основном постоянную точку кипения. Выражение «азеотропная температура» означает температуру, при которой жидкая и парообразная фазы смеси составляют одинаковые молярные доли каждого компонента в состоянии равновесия при заданном давлении.
Выражение «композиция азеотропного типа» означает постоянно кипящую или в основном постоянно кипящую жидкую смесь из двух или большего количества веществ, которые ведут себя как одно вещество. Композицию азеотропного типа можно охарактеризовать тем, что пар, образованный частичным испарением или дистилляцией жидкости, имеет в целом тот же самый состав, что и жидкость, из которой он был получен испарением или дистилляцией, то есть процесс дистилляции/конденсации смеси происходит без существенного изменения композиции. Кроме того, композицию азеотропного типа можно охарактеризовать еще и тем, что давление насыщенных паров в точке кипения и давление насыщающих паров в точке росы для такой композиции при конкретной температуре имеют в целом одно и то же значение.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композицию азеотропного типа можно охарактеризовать тем, что после уменьшения массы этой композиции на 50%, например вследствие испарения или выкипания, разность между давлениями пара в изначальной композиции и в композиции после потери 50% не будет превышать приблизительно 10% при измерении в абсолютных единицах. Под абсолютными единицами подразумевается измерение давления в таких единицах, как, например, фунты на квадратный дюйм абсолютного давления, килопаскали, атмосферы, бары, торы, дины на квадратный сантиметр, миллиметры ртутного столба, дюймы водяного столба и другие эквивалентные величины, широко известные в данной области техники. Если присутствует азеотропия, то не будет разности между давлением пара в изначальной композиции и давлением пара после потери изначальной композицией 50%.
В том виде, как он здесь используется, термин «компабилизаторы» подразумевает соединения, улучшающие способность к растворению гидрофторуглеродных хладагентов в смазочных материалах, традиционно используемых в системах охлаждения, и тем самым улучшающие возврат масла к компрессору.
Используемый здесь термин «ультрафиолетовая краска» означает флюоресцентную композицию для ультрафиолетовых лучей, которая поглощает световые волны ультрафиолетового или «околоультрафиолетового» диапазона электромагнитного спектра. При облучении ультрафиолетовыми лучами с помощью источника ультрафиолетового излучения с длиной волны в диапазоне приблизительно от 10 нанометров до 750 нанометров такая ультрафиолетовая краска флюоресцирует видимым свечением.
В некоторых вариантах осуществления у описанных здесь композиций наблюдается температурное скольжение величиной приблизительно от 6°F до 9°F (3°C -5°C) при измерении на испарителе или на конденсаторе. В некоторых вариантах осуществления величина температурного скольжения, измеренная на испарителе, составляет приблизительно от 5,8°F до 6,3°F (3,2°C -3,5°C). «Температурное скольжение» - это термин, используемый для определения абсолютной величины разности между начальной и конечной температурами процесса изменения агрегатного состояния теплопередающей композиции внутри одного из компонентов системы (в типичном случае она измеряется на испарителе или на конденсаторе), не включающий в себя какие либо виды дополнительного охлаждения или подогрева. В одном варианте осуществления композиция настоящего изобретения имеет значение избыточного давления насыщенного пара приблизительно 40 фунтов на квадратный дюйм в системе со средней температурой испарителя приблизительно +20°F.
Используемые здесь термины «мобильные холодильные агрегаты» или «мобильные агрегаты для кондиционирования воздуха» относятся к любым холодильным установкам или к установкам для охлаждения воздуха, находящимся в составе транспортного средства для передвижения по шоссейным дорогам, по железной дороге, морем или по воздуху. Кроме того, в данное изобретение включены агрегаты, предназначенные для осуществления охлаждения или кондиционирования воздуха в системах, не привязанных к какому-либо конкретному транспортному средству, известных под названием «интермодальные» системы. К таким интермодальным системам относятся «контейнеры» (комбинированные для морского и наземного транспорта), а также контейнеры типа "swap body" (комбинированные для автомобильного и железнодорожного транспорта). Описанные здесь композиции могут быть полезными в мобильных применениях, включая кондиционирование воздуха в пассажирских поездах, кондиционирование воздуха или охлаждение на транспорте, кондиционирование воздуха в скоростном транспорте (подземном) и в автобусах.
Используемый здесь термин «теплопередающие композиции» представляет собой композиции, используемые для того, чтобы передавать, перемещать или отводить тепло из одного места, расположения, объекта или тела к другому месту, расположению, объекту или телу при помощи излучения, проводимости или конвекции. Теплопередающая композиция может представлять собой вещество в жидком или парообразном состоянии и может выполнять функцию вторичного охлаждения, являясь средством передачи охлаждения (или нагрева) от удаленной системы охлаждения (или нагревания). В некоторых системах такие композиции для теплопередачи могут оставаться в одном и том же агрегатном состоянии в течение всего процесса передачи (т.е. в виде пара или конденсата). В альтернативном варианте агенты для теплопередачи также могут использоваться в испарительных процессах охлаждения.
Под источником тепла в данном описании подразумевается любое пространство, расположение, объект или тело, от которого требуется передать, переместить или отвести тепло. Примерами тепловых источников могут быть пространства (открытые или закрытые), требующие охлаждения или замораживания, например холодильные или морозильные камеры в супермаркетах, помещения в зданиях, требующие кондиционирования воздуха, или пассажирские салоны в автомобилях, требующие кондиционирования воздуха. Радиатором можно назвать любое пространство, место, объект или тело, обладающие способностью поглощать тепло. Парокомпрессионная система охлаждения представляет собой один из примеров такого радиатора.
Используемые здесь термины «содержит», «содержащий», «включает в себя», «включающий в себя», «имеет», «имеющий» или любые их вариации должны означать не ограничивающее включение. Например, утверждение, что тот или иной процесс, способ, предмет или аппарат содержит перечень элементов, означает, что его состав может не ограничиваться этими элементами, а может включать в себя и другие элементы, не вошедшие непосредственно в перечень составляющих этого процесса, способа, предмета или аппарата. Кроме того, если явно не указано обратное, то слово ИЛИ является ВКЛЮЧАЮЩИМ ИЛИ, а не ИСКЛЮЧАЮЩИМ ИЛИ. Например, условию А или В удовлетворяет одно из следующих состояний: А является истиной (или присутствует), а В является ложью (или не присутствует), А является ложью (или не присутствует), а В является истиной (или присутствует), а также и А и В являются истиной (или присутствуют).
Кроме того, в данном описании для описания элементов и компонентов используется единственное число. Это сделано только для удобства и для того, чтобы дать общее представление о данном изобретении. Читая это описание следует понимать, что один или, по меньшей мере, один, а также единственное число также включает в себя и множественное число, если не очевидно обратное.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления описанные выше композиции используются в процессе получения охлаждения за счет испарения описанных выше композиций вблизи объекта, нуждающегося в охлаждении, и последующей конденсации вышеупомянутых композиций вдали от охлаждаемого объекта. К тому же, описанные выше композиции могут использоваться для того, чтобы вырабатывать тепло путем конденсации вышеупомянутых композиций вблизи объекта, нуждающегося в нагревании, с последующим испарением вышеупомянутых композиций вдали от нагреваемого объекта.
Системы, использующие вышеупомянутые композиции.
Для описания систем теплопередачи в данном изобретении используются следующие определения терминов.
Зона регулируемой температуры означает пространство, которое используется для передачи, перемещения или отвода тепла из одного места, расположения, от объекта или тела к другому месту, расположению, объекту или телу путем излучения, проводимости или конвекции, а также их комбинации. Например, в некоторых вариантах осуществления зона регулируемой температуры представляет собой камеру, шкаф, комнату, замкнутое или полузамкнутое помещение. Значения температуры в таких зонах регулируемой температуры могут представлять собой типичные значения температуры для кулера, морозильной камеры, охладителя, холодильников или комнаты или офиса, обогреваемых кондиционером воздуха или тепловым насосом.
В некоторых вариантах осуществления зона регулируемой температуры выбирается из следующей группы: камера холодильника, морозильная камера, шкаф, охладитель для воды, охладитель для напитков, охладитель для вина, прилавок-витрина, витрина-стеллаж или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления витрина-стеллаж может иметь генератор тумана, а в других - не иметь генератора тумана. В некоторых вариантах осуществления зона регулируемой температуры представляет собой комнату, склад, лабораторию, зону промышленного производства (например, для компьютерного оборудования или для химических реакций) или просто закрытое пространство (например, большую палатку с охлаждением или подогревом находящегося внутри нее воздуха) и их комбинацию.
В некоторых вариантах осуществления зона регулируемой температуры представляет собой камеру, комнату, комнату-камеру или шкаф, где имеется, по меньшей мере, одна дверь, которая может открываться сверху (например, как в морозильной камере). В некоторых вариантах осуществления в таких камере, комнате, комнате-камере или шкафу имеется, по меньшей мере, одна дверь, открывающаяся с одной стороны или с нескольких сторон, включая одну или несколько дверей (например, витрины-стеллажи для супермаркетов и небольших магазинов, имеющие несколько дверей). В некоторых вариантах осуществления система имеет больше одной зоны регулируемой температуры. В некоторых вариантах осуществления эти несколько зон имеют одно и то же или разные значения номинальной (заданной) температуры.
Термин «номинальная» используется для обозначения установленной точки или точки, служащей целью, и используется с точки зрения того факта, что когда система находится в состоянии рабочего процесса, действительная температура компонентов системы, например температура зон с регулируемой температурой, температура испарителей или компрессоров, может со временем варьироваться по различным причинам, включая отключение напряжения, неисправности оборудования, процедуры пуска и отключения, количество и температуру объектов, помещаемых в зону регулируемой температуры в любое время.
Переохлаждение - это термин, используемый для того, чтобы определить, насколько ниже температуры насыщения охлаждена жидкая композиция.
Перегрев - это термин, используемый для того, чтобы определить, насколько выше температуры насыщения нагрета парообразная композиция.
Статический перегрев - это термин, используемый для определения величины перегрева, необходимой для того, чтобы открыть расширительный клапан, чтобы позволить жидкому хладагенту проходить мимо пробки этого клапана.
Охлаждающая (нагревательная) способность - это термин, используемый для определения количества теплоты, которое может быть передано, перемещено, отведено или выброшено за единицу времени. Одна единица измерения охлаждающей (нагревательной) способности представляет собой число британских тепловых единиц (БТЕ) в час. 12000 БТЕ/час также можно определить как нагревательную или охлаждающую способность в 1 тонну.
Конденсатор - это термин, используемый для обозначения того компонента системы, который конденсирует парообразный хладагент в жидкий хладагент. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, один конденсатор расположен вдали от, по меньшей мере, одного испарителя; в других - расстояние между конденсатором и испарителем составляет не менее 15 футов, а в некоторых других вариантах осуществления это расстояние составляет более 50 футов.
Термин «контур конденсатор-испаритель» представляет собой термин, использующийся для описания той части системы теплопередачи, которая включает в себя все элементы и компоненты системы, принимающие участие в прохождении рабочего вещества (жидкого или парообразного) от дозатора хладагента до испарителя и через него к конденсатору, и все каналы и другие элементы, которые могут находиться на пути сообщения между дозатором жидкого хладагента и конденсатором. Однако термин «контур конденсатор-испаритель» не включает в себя датчик.
Компрессор представляет собой механическое устройство, повышающее давление пара путем снижения его объема. Сжатие пара естественно повышает его температуру. В некоторых вариантах осуществления используется более двух компрессоров. В некоторых вариантах осуществления, использующих более двух компрессоров, эти компрессоры не являются однотипными. В некоторых вариантах осуществления компрессор применяет инжекционное охлаждение. Инжекционное охлаждение - это система, которая отводит часть сжатого хладагента, выходящего из конденсатора, и направляет ее обратно к компрессору для предотвращения его перегревания. В некоторых вариантах осуществления перегревание компрессора может привести к деградации масла, что в конечном итоге может привести к преждевременному выходу компрессора из строя (к сокращению срока службы компрессора). В некоторых системах, использующих инжекционное охлаждение, снижаются охлаждающая способность и коэффициент полезного действия, поскольку не весь хладагент от компрессора поступает к испарителю для выполнения функции охлаждения зоны с регулируемой температурой (что будет описано ниже).
Существует много типов компрессоров, применяемых в описанных здесь системах теплопередачи, и в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения могут применяться один или несколько компрессоров. В некоторых вариантах осуществления эти компрессоры могут иметь одно и то же значение мощности или различные значения мощности. В некоторых вариантах осуществления применяется более двух компрессоров. В некоторых вариантах осуществления, применяющих более двух компрессоров, эти компрессоры являются компрессорами разного типа. В некоторых вариантах осуществления компрессор может быть герметичным или наполовину герметичным.
В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, один компрессор расположен вдали от конденсатора, в некоторых вариантах осуществления это расстояние составляет не менее 15 футов, а в других - это расстояние составляет не менее 50 футов.
В некоторых вариантах осуществления мощность отдельно взятого компрессора составляет от 1/5 лошадиной силы (л.с.) до 500 лошадиных сил (373 кВт). В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один компрессор имеет мощность от 1/5 л.с. (0,15 кВт) до 50 л.с. (37 кВт). В некоторых вариантах осуществления в системах используется 5 компрессоров или более 5 компрессоров.
В некоторых вариантах осуществления в системе имеется, по меньшей мере, один компрессор, мощность которого составляет от 5 до 30 лошадиных сил (от 3,7 кВт до 22 кВт). В некоторых вариантах осуществления в системе используется, по меньшей мере, два компрессора, мощность каждого из которых составляет от 5 до 30 лошадиных сил. В некоторых вариантах осуществления в системе используется, по меньшей мере, три компрессора, мощность каждого из которых составляет от 5 до 30 лошадиных сил. В некоторых вариантах осуществления в системе используется, по меньшей мере, четыре компрессора, мощность каждого из которых составляет от 5 до 30 лошадиных сил. В некоторых вариантах осуществления в системе используется, по меньшей мере, пять компрессоров, мощность каждого из которых составляет от 5 до 30 лошадиных сил.
В некоторых вариантах осуществления тип компрессора выбран из описанных ниже типов, однако, может быть и другим.
В поршневых компрессорах используются поршни, приводимые в движение коленчатым валом. Такие компрессоры могут быть стационарными или переносными, могут быть одноступенчатыми или многоступенчатыми. В некоторых вариантах осуществления приводом таких поршневых компрессоров являются электродвигатели или двигатели внутреннего сгорания. В некоторых вариантах осуществления мощность поршневых компрессоров может составлять от 1/5 до 30 лошадиных сил (л.с.). В других вариантах осуществления мощность поршневых компрессоров может составлять 50 л.с. В некоторых вариантах осуществления компрессоры могут создавать давление на выходе от низкого значения до очень высокого значения (например, >5000 фунтов на квадратный дюйм или 35 МПа).
В роторных (винтовых) компрессорах применяются два связанных сцеплением спиральных винта объемного вытеснения, вытесняющих газ в пространство с меньшим объемом. В некоторых вариантах осуществления мощность роторных компрессоров может иметь значение от 1/5 л.с. (0, 15 кВт) до более чем 500 л.с. (373 кВт), а значение выходного давления - от низкого до очень высокого (например, >1200 фунтов на квадратный дюйм или 8,3 МПа).
Спиральные компрессоры, в некоторых аспектах подобные роторным компрессорам, для сжатия газа используют два вала спиральной формы с чередующимися спиралями. Мощность некоторых спиральных компрессоров может иметь значение от 1/5 л.с. (0, 15 кВт) до более чем 500 л.с. (373 кВт), а значение выходного давления - от низкого до очень высокого (например, >1200 фунтов на квадратный дюйм или 8,3 МПа).
Центробежные компрессоры принадлежат к семейству турбомашин, в которых используются вентиляторы, пропеллеры и турбины. Эти машины постоянно осуществляют обмен углового момента между вращающимся механическим элементом и движущимся с постоянной скоростью веществом. Это вещество в парообразной форме поступает в корпус вблизи центра компрессора, а диск с радиальными лопастями (крыльчатками), вращаясь на большой скорости, вынуждает этот пар перемещаться по диаметру к внешнему краю. Изменение диаметра в процессе перемещения вдоль крыльчатки увеличивает скорость движения пара, а это увеличение скорости преобразуется в увеличение статического давления. Центробежный компрессор может быть одноступенчатым, если он имеет только одну крыльчатку, или же он может быть многоступенчатым, если имеет две или более крыльчаток, расположенных в одном корпусе. Для выполнения процесса охлаждения компрессор может иметь до 20 ступеней.
В некоторых вариантах осуществления системы могут иметь низкую компрессорную способность значением 1000 БТЕ/час или высокую - до одного миллиона БТЕ/час.
В других вариантах осуществления компрессорная способность системы составляет до 10 000 БТЕ/час. В других вариантах осуществления компрессорная способность системы достигает значений 600 000 БТЕ/час или выше.
Соответствующие компрессоры предлагают многие изготовители, такие как Carlyle, Copeland, и Bitzer, а также многие другие.
Испаритель представляет собой компонент системы, поглощающий тепло, где жидкая теплопередающая композиция (т.е. хладагент) путем испарения переходит из жидкости в пар. В испарителях имеется, по меньшей мере, одно входное отверстие для приема жидкой композиции хладагента и, по меньшей мере, одно выходное отверстие, из которого выходит хладагент в парообразной фазе. Выходное отверстие сообщается с одним или несколькими компрессорами для прохождения парообразного хладагента.
В некоторых вариантах осуществления испаритель имеет один или несколько змеевиков. Змеевик расположен внутри испарителя, и в некоторых вариантах осуществления змеевик представляет собой канал, двигаясь по которому хладагент, состоящий из двух фаз - жидкой и парообразной - испаряется, переходя полностью в состояние пара.
В некоторых вариантах осуществления в состав испарителя входят три змеевика или большее их количество. В некоторых вариантах осуществления в состав испарителя входят пять змеевиков или большее их количество. В некоторых вариантах осуществления в состав испарителя входят восемь змеевиков или большее их количество. В некоторых вариантах осуществления испаритель не имеет змеевика. В некоторых вариантах осуществления испаритель представляет собой одну полость. В некоторых вариантах осуществления воздух движется по змеевику (змеевикам) испарителя или по его полости и является теплопередающей средой, которая переносит тепло по направлению к зоне регулируемой температуры или от нее.
В некоторых вариантах осуществления система может иметь в своем составе испарители двух (или большего количества) разных размеров. А в некоторых системах с двумя или большим числом испарителей эти испарители могут быть идентичными. В других системах, содержащих несколько испарителей, эти испарители не идентичны. В некоторых системах, содержащих несколько испарителей, каждый испаритель может иметь в своем составе одинаковое или разное количество змеевиков.
В описанных здесь вариантах осуществления настоящего изобретения композиция, описанная выше как композиция хладагента, находится в контуре от конденсатора к испарителю системы.
В некоторых вариантах осуществления змеевики испарителя выходят за пределы испарителя наружу на некоторое расстояние и в таком виде могут сообщаться (в плане перемещения хладагента) с распределителем, соединяясь с отверстием (отверстиями) распределителя. В некоторых вариантах осуществления длина части змеевика (змеевиков) испарителя, выходящей наружу испарителя, имеет значение, выбранное из группы значений длины: около 12 дюймов, около 18 дюймов, около 24 дюймов, около 30 дюймов, около 36 дюймов, около 42 дюймов, около 48 дюймов, около 54 дюймов, около 60 дюймов, около 66 дюймов или около 72 дюймов, а также может представлять собой комбинацию этих значений.
Расширительный клапан представляет собой один из типов дозирующего устройства, регулирующего прохождение хладагента между конденсатором и испарителем в системе теплопередачи. Такие расширительные клапаны могут быть автоматическими клапанами или термостатическими клапанами. Жидкий хладагент поступает в этот расширительный клапан, где его агрегатное состояние становится двухфазным (состоящим из жидкой фазы и парообразной фазы). Хладагент в этих двух фазах выходит из расширительного клапана и перемещается в испаритель. На Фиг.3 схематично показан один из типов расширительного клапана. Расширительный клапан может включать в себя другие элементы и соединяться с чувствительным элементом, который сообщается с диафрагмой или сильфоном, расположенным в корпусе расширительного клапана. В системе, предназначенной для охлаждения, расширительный клапан выполняет функцию дросселирования жидкости из состояния высокого давления, соответствующего давлению в конденсаторе, до состояния низкого давления, соответствующего давлению в испарителе, с одновременной подачей в испаритель достаточного количества хладагента для обеспечения эффективного отвода тепа и регуля перегрева.
Расширительный клапан используется для предотвращения подачи чрезмерного количества хладагента в испаритель, а следовательно, способствует предотвращению попадания жидкого хладагента в компрессор (компрессоры) системы. Расширительный клапан (клапаны) для любой системы выбираются таким образом, чтобы работать в системе с заданным значением перегрева на выходе испарителя. Эта величина перегрева является одним из средств, способствующим предотвращению попадания жидкого хладагента в компрессор (компрессоры) системы. Статический перегрев представляет собой значение перегрева, требуемое для того, чтобы позволить хладагенту проходить через расширительный клапан.
Расширительные клапаны часто выбираются для рабочих параметров системы, зависящих от вида самой системы, и могут варьироваться от системы к системе, а также и внутри каждой системы. Размеры и тип расширительных клапанов также выбираются с учетом температурно-физических свойств конкретной теплопередающей композиции (например, R22 или одной из описанных здесь композиций), используемой в данной системе.
К другим факторам, полезным для выбора расширительного клапана, относятся значение номинальной нагрузки системы, среднее значение номинальной рабочей температуры испарителя, а также номинальной температуры, которая должна поддерживаться в зоне регулируемой температуры.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения расширительный клапан представляет собой термостатический расширительный клапан (который здесь обозначается как ТРК), один из вариантов которого показан на Фиг.3. В некоторых вариантах осуществления клапаны ТРК, используемые в описанных здесь системах, обладают значением пропускной способности до 0,25 тонны; в некоторых вариантах осуществления ТРК имеет значение способности до 0,5 тонны; в некоторых вариантах осуществления ТРК имеет значение способности до 3 тонн; а в других вариантах осуществления ТРК может иметь значение способности свыше 3 тонн. В некоторых вариантах осуществления имеется больше одного ТРК; в некоторых вариантах осуществления все клапаны ТРК имеют одно и то же значение способности, а в других вариантах осуществления клапаны ТРК могут иметь разные значения способности.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения в состав системы может также входить обратный клапан, функция которого состоит в следующем: когда хладагент движется в обратном направлении (например, как в системе теплового насоса), этот обратный клапан открывается, позволяя хладагенту обходить расширительный клапан. В некоторых системах расширительный клапан может представлять собой комбинацию термочувствительного и чувствительного к давлению термостатического расширительного клапана и обратного клапана (см., например, патент США № 5524819).
В некоторых существующих системах, нуждающихся в модификации для композиций, не разрушающих озоновый слой, во многих случаях применяются расширительные клапаны, предназначенные для работы с хладагентом R22. В других вариантах осуществления расширительные клапаны выбираются для использования с описанными выше композициями. В некоторых вариантах осуществления такими расширительными клапанами являются расширительные клапаны, уже используемые в существующих системах теплопередачи, использующих R22 в контуре конденсатор-испаритель, а в чувствительном элементе - R22, и вещество или смесь веществ (композицию), выбранную для надлежащего управления расширительным клапаном при использовании R22 в контуре конденсатор-испаритель. В некоторых вариантах осуществления чувствительный элемент осуществляет надлежащее управление работой расширительного клапана за счет того, что при повышении или снижении температуры хладагента на выходе из расширителя температура агента внутри датчика таким же образом повышается или снижается. При повышении температуры агента давление в линии датчика также повышается. При снижении температуры агента давление в линии датчика также снижается.
В некоторых вариантах осуществления группа элементов, показанных на Фиг.3, называется управляющей головкой. В одном из таких вариантов осуществления в состав управляющей головки входят диафрагма 84, термостатический элемент 99, капиллярная трубка 82, датчик 201 и удаленная головка датчика 202.
В некоторых вариантах осуществления расширительные клапаны предназначены для работы с распределителем или координации работы с распределителем. В некоторых вариантах осуществления распределитель имеет в своем составе распределительное сопло. Это сопло распределителя уменьшает размер выходного отверстия от расширительного клапана. В некоторых вариантах осуществления сопло уменьшает выходное отверстие от ТРК на величину около 75%. В других вариантах осуществления сопло уменьшает выходное отверстие от ТРК на величину не менее 50%. В других вариантах осуществления выходное отверстие ТРК уменьшается на величину не менее 30%. В других вариантах осуществления выходное отверстие ТРК уменьшается на величину, не превышающую 30%. В других вариантах осуществления сопло уменьшает размеры выходного отверстия ТРК таким образом, чтобы результирующая турбулентность давала возможность получения в целом однородной смеси двухфазного (состоящего из жидкой фазы и пара) хладагента, которая будет поступать в испаритель.
В некоторых вариантах осуществления системы один или несколько расширительных клапанов могут также иметь наружный балансир, соединяющийся с выходной стороной испарителя и с днищем диафрагмы или сильфона термостатического расширительного клапана. В некоторых вариантах осуществления наружный балансир используется в системах, где имеется резкое падение давления между входом и выходом испарителя, или в случае, когда требуется распределитель расширительного клапана. В некоторых вариантах осуществления ТРК используется с наружным балансиром.
Если используется наружный балансир, то его система фитингов (имеющая два конца) подключается одним концом к выходному отверстию испарителя, а другим концом - к диафрагме расширительного клапана (или к сильфону, в зависимости от того, какой из этих элементов имеется в конструкции клапана), что дает возможность циркулирующему пару хладагента заполнять наружный балансир и прикладывать давление пара (P2 на Фиг. 3B) к диафрагме (или сильфону).
Распределитель представляет собой устройство, сообщающееся, по меньшей мере, с одним расширительным клапаном. Применение распределителя на расширительном клапане может увеличить значение падения давления в большом испарителе путем использования нескольких путей прохождения через испаритель (например, в испарителе с несколькими змеевиками).
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения распределители используются в системах, в состав которых входят охлаждаемые витрины-стеллажи, холодильные камеры, морозильные камеры и их комбинации (например, в системах, которые часто устанавливаются в супермаркетах и небольших магазинах). В некоторых вариантах осуществления распределитель может иметь два выходных отверстия или больше; в некоторых вариантах осуществления распределитель имеет три выходных отверстия или большее их количество; а в других вариантах осуществления распределитель может иметь не менее шести выходных отверстий. В других вариантах осуществления распределитель имеет более шести выходных отверстий.
В некоторых вариантах осуществления величина наружного диаметра выходных отверстий выбирается из значений, находящихся в диапазоне от примерно 3/16 дюйма до 3/8 дюйма. В некоторых вариантах осуществления наружный диаметр отверстия распределителя превышает 3/8 дюйма.
В некоторых вариантах осуществления распределитель и сопло являются отдельными элементами, а в других вариантах осуществления сопло и распределитель составляют единый элемент.
Sporlan, Emerson Flow и Danfoss - это только небольшая группа, представляющая изготовителей и поставщиков расширительных клапанов, распределителей и сопел.
Тип и размеры расширительного клапана, сопла и распределителя в типичном случае выбирается в соответствии с тепловой нагрузкой и с испарителем, к которому они будут подключаться. В некоторых системах, содержащих больше одного расширительного клапана, эти расширительные клапаны могут быть одинаковыми или разными, эти расширительные клапаны могут иметь одинаковые или разные сопла и/или распределители, а все распределители могут иметь одно и то же число выходных отверстий или разное их число; и все выходные отверстия распределителя могут быть одинаковыми или разными.
В некоторых системах имеется одинаковое количество расширительных клапанов и испарителей. В других системах испарителей больше, чем расширительных клапанов. В некоторых системах не ко всем ТРК подключены распределители.
Стороной с более высоким уровнем безопасности является та сторона системы охлаждения, где происходит конденсация.
Термин «линия жидкого хладагента» представляет собой термин, используемый для описания всех каналов, используемых для доставки жидкого хладагента к дозирующему устройству. В некоторых вариантах осуществления может содержаться больше одного типа линий жидкого хладагента. В некоторых вариантах осуществления в состав системы может входить больше одного типа дозирующих устройств.
Размеры каналов линий жидкого хладагента могут варьироваться и будут зависеть, кроме прочих факторов, от размера системы, способности испарителей в части коммуникации хладагента по каждой из линий жидкого хладагента, а также от того, где в системе находится используемая часть линии жидкого хладагента.
В некоторых вариантах осуществления в состав линии жидкого хладагента могут также входить линия циркуляции жидкости, магистральная жидкостная линия или их комбинация. В некоторых вариантах осуществления в состав линии жидкого хладагента могут входить одна или несколько линий контура жидкости, одна или несколько магистральных линий жидкости или их комбинаций.
В некоторых вариантах осуществления длина линии жидкого хладагента составляет около 5 футов. В некоторых вариантах осуществления длина линии жидкого хладагента составляет приблизительно от 5 футов до 10 футов. В некоторых вариантах осуществления длина линии жидкого хладагента составляет более 10 футов. Линии жидкого хладагента могут иметь одну и ту же длину и один и тот же диаметр, а могут иметь разные значения длины и диаметров.
Линия циркуляции жидкости является одним из видов линий жидкого хладагента и представляет собой термин, используемый для обозначения той части линии жидкого хладагента, которая сообщается с расширительным клапаном и является каналом, по которому жидкий хладагент поступает из конденсатора в расширительный клапан. Размер канала линии циркуляции жидкости может варьироваться и может зависеть, среди прочих факторов, от размеров системы и от способности испарителей в части коммуникации хладагента по каждой из линий контура жидкости.
В некоторых вариантах осуществления два или несколько испарителей принимают участие в коммуникации хладагента по одной и той же линии циркуляции жидкости. В некоторых вариантах осуществления длина линии циркуляции жидкости может составлять не более 5 футов. В некоторых вариантах осуществления длина линии циркуляции жидкости может составлять приблизительно от 5 футов до 10 футов. В некоторых вариантах осуществления длина линии циркуляции жидкости может составлять более 10 футов. В некоторых вариантах осуществления длина линии циркуляции жидкости может составлять около 20 футов. В некоторых вариантах осуществления длина линии циркуляции жидкости может составлять более 20 футов. В некоторых вариантах осуществления имеются две или большее количество линий циркуляции жидкости, которые могут иметь одинаковую или разную длину. Линии циркуляции жидкости могут иметь одну и ту же длину и один и тот же диаметр или же разную длину и разный диаметр.
Магистральная жидкостная линия представляет собой один из типов линии жидкого хладагента, а этот термин используется для обозначения части линии жидкого хладагента в тех вариантах осуществления системы, где имеется больше одной линии контура жидкости. Магистральная линия жидкости представляет собой канал, по которому осуществляется прохождение жидкого хладагента от конденсатора до линий циркуляции жидкости.
В некоторых вариантах осуществления длина магистральной жидкостной линии составляет не более 20 футов. В некоторых вариантах осуществления длина магистральной жидкостной линии составляет более 20 футов. В некоторых вариантах осуществления длина магистральной жидкостной линии может составлять около 30 футов. В некоторых вариантах осуществления длина магистральной линии жидкости может составлять около 50 футов. В некоторых вариантах осуществления длина магистральной линии жидкости может составлять около 100 футов. В некоторых вариантах осуществления длина магистральной линии жидкости может составлять более 100 футов. В некоторых вариантах осуществления длина магистральной линии жидкости может составлять более 200 футов. В некоторых вариантах осуществления длина магистральной линии жидкости может составлять более 300 футов. В некоторых вариантах осуществления длина магистральной линии жидкости может составлять более 500 футов. В некоторых вариантах осуществления длина магистральной линии жидкости может составлять более 1000 футов. В некоторых вариантах осуществления длина магистральной линии жидкости может составлять более 1500 футов. В некоторых вариантах осуществления длина магистральной жидкостной линии может составлять более 2000 футов. В некоторых вариантах осуществления имеются две или большее количество магистральных жидкостных линий, которые могут иметь одинаковые или разные значения длины. Магистральные жидкостные линии могут иметь одинаковые значения длины и одинаковые значения диаметра или разные значения длины и разные значения диаметра.
В некоторых вариантах осуществления две или большее количество линий циркуляции жидкости сообщаются с по меньшей мере одной магистральной жидкостной линией, которая в свою очередь сообщается с выходом конденсатора. В некоторых вариантах осуществления может быть больше одной магистральной жидкостной линии и больше одного конденсатора. В некоторых вариантах осуществления может быть несколько магистральных жидкостных линий, сообщающихся с одним конденсатором.
В некоторых вариантах осуществления в составе систем содержится один или несколько сепараторов масла. Термин «сепаратор масла» - это термин, используемый для обозначения любого аппарата, который осуществляет отделение всего или части любого масла, которое захватывается циркулирующим хладагентом в компрессоре в течение цикла компрессии. В некоторых вариантах осуществления сепаратор масла накапливает масло; в других вариантах осуществления сепаратор масла возвращает масло в компрессор. В некоторых вариантах осуществления сепаратор масла накапливает масло и возвращает масло в компрессор. В некоторых вариантах осуществления сепаратор масла расположен возле выхода компрессора.
В некоторых вариантах система имеет в своем составе переохладитель. Термин «переохладитель» используется для обозначения какого-либо элемента системы, который охлаждает жидкий хладагент до того, как он попадет в дозирующее устройство (например, ТРК). Переохладитель может представлять собой просто дополнительную трубку или канал или же отдельный аппарат, например теплообменник, использующий охлаждающую среду, например охлажденную воду или хладагент, с целью охлаждения хладагента до того, как он попадет в расширительный клапан. В некоторых вариантах осуществления длина такой трубки или канала составляет 3 фута. В некоторых вариантах осуществления длина такой трубки или канала превышает 3 фута. В некоторых вариантах осуществления переохладитель представляет собой неизолированную трубку или канал.
В таких вариантах осуществления эта трубка или канал изготовлена из материала, выбранного из группы, состоящей из меди, сплавов меди (включая сплавы, содержащие молибден и никель), алюминия или алюминиевых сплавов, или нержавеющей стали или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления переохлаждение осуществляется путем расположения линий жидкого хладагента не менее чем двух систем вплотную друг к другу, причем эти по меньшей мере два хладагента имеют две разные температуры. В одном из вариантов осуществления переохладитель создается посредством размещения отрезка линии жидкого хладагента, принадлежащего системе с низкой температурой, вблизи отрезка линии жидкого хладагента, принадлежащего системе со средней температурой. В некоторых вариантах осуществления довольно длинные отрезки линий жидкого хладагента располагаются рядом друг с другом.
В некоторых вариантах осуществления линии жидкого хладагента с двумя разными температурами могут быть в целом прямыми. В других вариантах осуществления эти линии жидкого хладагента с двумя разными температурами могут быть криволинейными. Еще в других вариантах осуществления линии жидкого хладагента с двумя разными температурами могут включать в себя отрезок в форме петли. В некоторых вариантах осуществления переохлаждение может осуществляться с помощью только отдельного охлаждающего устройства, использующего хладагент, или в комбинации с другими элементами переохлаждения.
В некоторых вариантах осуществления вклад в переохлаждение вносят несколько элементов.
В некоторых вариантах осуществления в состав системы может входить ресивер жидкого хладагента, сообщающийся с конденсатором и с испарителем. В некоторых вариантах осуществления этот ресивер жидкого хладагента располагается перед ТРК. Термин «ресивер» используется по отношению к любому элементу системы, в котором может для разных целей содержаться жидкий хладагент. К таким целям относятся создание резервуара жидкого хладагента, из которого расширительный клапан может его получать, создание коллекторного устройства для хранения жидкого хладагента во время выполнения операций по обслуживанию системы, а также для других нужд, которые могут возникать в любой отдельной системе, это также может быть и комбинация вышеназванных целей.
В некоторых вариантах осуществления используется больше одного ресивера. В некоторых вариантах осуществления имеется, по меньшей мере, один переохладитель и, по меньшей мере, один ресивер, расположенный в системе после конденсатора и перед испарителем. В некоторых вариантах осуществления этот по меньшей мере один ресивер может располагаться между компрессором и конденсатором. В некоторых вариантах осуществления ресивер располагается вблизи компрессора до конденсатора, а в других - ближе к конденсатору.
В некоторых вариантах осуществления магистральная жидкостная линия сообщается с ресивером. В некоторых вариантах осуществления ресивер представляет собой любой контейнер любой формы (не ограничивающий перечень включает в себя, например, канал с диаметром, превышающим диаметр магистральной жидкостной линии, или чашу, бак, цилиндр, баллон и тому подобное). Ресивер может быть изготовлен из любого материала, пригодного для хранения циркулирующего хладагента, не ограничивающий перечень материалов включает в себя медь, медные сплавы, алюминий, алюминиевые сплавы, нержавеющую сталь или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления, использующих медный сплав, такой медный сплав может также иметь в своем составе молибден и никель, а также их комбинации.
В некоторых вариантах осуществления ресивер имеет форму трубки диаметром в пределах приблизительно от 6 до 15 дюймов и длиной приблизительно от 50 до 250 дюймов. В других вариантах осуществления диаметр ресивера может иметь значение в диапазоне примерно от 12 до 13 дюймов, а длина - примерно от 100 до 150 дюймов. В одном из вариантов осуществления диаметр ресивера равен 12,75 дюйма, а длина составляет около 148 дюймов. В другом варианте осуществления диаметр ресивера равен 12,75 дюйма, а длина составляет около 104 дюймов. Некоторые системы имеют в своем составе два или большее число ресиверов, которые могут располагаться как рядом друг с другом в системе, так и в разных местах системы. В некоторых вариантах осуществления ресивер имеет размеры, позволяющие находиться в нем всему количеству хладагента, заправленному в систему.
Термин «линия парообразного хладагента» используется для описания канала (каналов), по которому парообразный хладагент доставляется от испарителя к конденсатору. В некоторых вариантах осуществления линия парообразного хладагента имеет в своем составе одну или несколько линий циркуляции пара, одну или несколько линий всасывания или их комбинации. Размер канала любой линии парообразного хладагента может варьироваться и будет зависеть от размера системы, а также от значений способности испарителей в части прохождения агента по каждой из линий циркуляции жидкости, а также от того, где в системе используется эта часть канала. В некоторых вариантах осуществления линия циркуляции пара имеет длину 5 футов, а в других - 10 футов. В некоторых вариантах осуществления линии парообразного хладагента имеют одинаковую длину или разную длину и могут иметь одинаковые или разные диаметры.
В некоторых вариантах осуществления система может иметь линию циркуляции пара. Термин «линия циркуляции пара» используется для описания части линии парообразного хладагента, сообщающейся с выходом испарителя и линией всасывания. В некоторых вариантах осуществления длина линии циркуляции пара может не превышать 5 футов. В некоторых вариантах осуществления линия циркуляции пара может иметь длину от 5 до 10 футов. В некоторых вариантах осуществления длина линии циркуляции пара может превышать 20 футов. В некоторых вариантах осуществления система имеет две или большее количество линий циркуляции пара, которые могут иметь одинаковую или разную длину, а также одинаковые или разные диаметры.
Термин «линия всасывания» применяется для описания той части линии парообразного хладагента, по которой осуществляется сообщение агентом между выходом испарителя и входом компрессора. В некоторых вариантах осуществления длина линии всасывания не превышает 20 футов. В некоторых вариантах осуществления длина линии всасывания превышает 20 футов. В некоторых вариантах осуществления длина линии всасывания может составлять 30 футов. В некоторых вариантах осуществления длина линии всасывания может составлять 50 футов. В некоторых вариантах осуществления длина линии всасывания может составлять 100 футов. В некоторых вариантах осуществления длина линии всасывания превышает 100 футов. В некоторых вариантах осуществления длина линии всасывания превышает 200 футов. В некоторых вариантах осуществления длина линии всасывания превышает 200 футов. В некоторых вариантах осуществления длина линии всасывания превышает 300 футов. В некоторых вариантах осуществления длина линии всасывания превышает 500 футов. В некоторых вариантах осуществления длина линии всасывания превышает 1000 футов. В некоторых вариантах осуществления длина линии всасывания превышает 1500 футов. В некоторых вариантах осуществления длина линии всасывания превышает 2000 футов. В некоторых вариантах осуществления система имеет две или большее количество линий всасывания, которые могут иметь одинаковую или разную длину, а также одинаковые или разные диаметры.
В некоторых вариантах осуществления одна линия всасывания сообщается более чем с одним компрессором, а в других вариантах осуществления с одним компрессором сообщается больше одной линии всасывания.
Давление всасывания - это давление со стороны низкого давления системы.
Датчик (чувствительный элемент) представляет собой устройство, имеющее два вывода: один вывод соединяется для сообщения с выходом по меньшей мере одного испарителя и реагирует на температуру пара, выходящего из испарителя, а другой вывод подключен для сообщения с по меньшей мере одним элементом расширительного клапана, реагирующим на давление. Внутри датчика содержится хладагент или другое вещество, причем этот хладагент или другое вещество внутри датчика изолирован от хладагента, циркулирующего по контуру между конденсатором и испарителем таким образом, что эти компоненты не имеют возможности смешиваться друг с другом.
В некоторых из описанных здесь вариантов осуществления настоящего изобретения внутри датчика содержится вещество, пригодное для использования в тех случаях, когда в контуре конденсатор-испаритель используется R22. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один датчик содержит одну из описанных выше композиций. В некоторых вариантах осуществления датчика веществом, пригодным для использования внутри датчика при использовании R22 в контуре конденсатор-испаритель, является R22. В некоторых вариантах осуществления датчика веществом, пригодным для использования внутри датчика при использовании R22 в контуре конденсатор-испаритель, является вещество или смесь веществ, давление которого равняется или превышает давление R22. В некоторых вариантах осуществления датчика веществом, пригодным для использования внутри датчика при использовании R22 в контуре конденсатор-испаритель, является вещество или смесь веществ, давление которого равно давлению R22 или ниже. В некоторых вариантах осуществления датчика веществом, пригодным для использования внутри датчика при использовании R22 в контуре конденсатор-испаритель, является вещество или смесь веществ, у которого наклон зависимости между давлением и температурой отличается от аналогичной характеристики R22.
В одном из вариантов осуществления вывод датчика, сообщающийся с выходом испарителя, представляет собой металлическую головку, которая может иметь любую форму или объем, а другой конец представляет собой капиллярную трубку. В некоторых вариантах осуществления вывод датчика, сообщающийся с выходом испарителя, сообщается непосредственно с выходным отверстием испарителя. В других вариантах осуществления вывод датчика, сообщающийся с выходом испарителя, сообщается линией парообразного хладагента (которую может представлять как линия контура пара, так и линия всасывания).
В некоторых вариантах осуществления головка датчика изготовлена из меди, медного сплава или алюминия. В некоторых вариантах осуществления датчик является просто линией (трубкой), которая в некоторых вариантах осуществления имеет постоянный диаметр по всей своей длине, а в других вариантах осуществления - это линия с диаметром, варьирующимся по ее длине.
Длина датчика может быть любой для того, чтобы передавать расширительному клапану достаточно информации о температуре парообразного хладагента (который выходит из испарителя). Эта длина будет варьироваться от системы к системе, а если в одной системе с несколькими испарителями используется два или больше датчиков, то эти датчики могут иметь одинаковую или разную длину внутри каждой системы.
В некоторых вариантах осуществления длина датчика не превышает 3 футов (имеется в виду суммарная длина всех трубок, линий, труб каналов и их комбинаций). В некоторых вариантах осуществления длина датчика превышает 3 фута (имеется в виду суммарная длина всех трубок, линий, труб каналов и их комбинаций). В некоторых вариантах осуществления длина датчика составляет от 3 до 10 футов (имеется в виду суммарная длина всех трубок, линий, труб каналов и их комбинаций). В некоторых вариантах осуществления длина датчика превышает 10 футов (имеется в виду суммарная длина всех трубок, линий, труб каналов и их комбинаций). В некоторых вариантах осуществления длина датчика превышает 15 футов (имеется в виду суммарная длина всех трубок, линий, труб каналов и их комбинаций). В некоторых вариантах осуществления длина датчика превышает 20 футов (имеется в виду суммарная длина всех трубок, линий, труб каналов и их комбинаций).
В некоторых вариантах осуществления датчик имеет достаточный диаметр для эффективного сообщения с клапаном ТРК. В некоторых вариантах осуществления диаметр датчика не превышает 1/8 дюйма. В некоторых вариантах осуществления диаметр датчика превышает 1/8 дюйма. В некоторых вариантах осуществления диаметр датчика не превышает приблизительно 1/16 дюйма. В других вариантах осуществления диаметр датчика превышает 1/16 дюйма. В других вариантах осуществления диаметр датчика не превышает 1/4 дюйма. В других вариантах осуществления диаметр датчика превышает 1/4 дюйма.
Некоторые варианты осуществления представляют собой низкотемпературные системы. В некоторых системах имеется, по меньшей мере, один испаритель, среднее значение номинальной температуры которого составляет около -25°F или ниже. В некоторых вариантах в составе системы имеется, по меньшей мере, один испаритель со средним значением номинальной температуры около -10°F или ниже. В некоторых вариантах в составе системы имеется, по меньшей мере, один испаритель со средним значением номинальной температуры около 0°F или ниже.
В некоторых вариантах осуществления номинальная температура системы выбрана такой, чтобы содержимое зоны регулируемой температуры находилось в замороженном состоянии. В некоторых вариантах осуществления системы работают таким образом, чтобы поддерживать температуру содержимого зоны регулируемой температуры около 0°F. В некоторых вариантах осуществления номинальная температура в зоне регулируемой температуры ниже -10°F.
Некоторые варианты осуществления представляют собой системы со средней (умеренной) температурой. В некоторых вариантах осуществления такие системы имеют в своем составе, по меньшей мере, один испаритель со средним значением номинальной температуры в диапазоне примерно от 0 до 40°F. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, один испаритель имеет среднее значение номинальной температуры в диапазоне приблизительно от 0 до +20°F.
В некоторых вариантах осуществления номинальные значения температуры в системах выбирается таким, чтобы содержимое зоны регулируемой температуры находилось в охлажденном, не замороженном состоянии. В некоторых вариантах осуществления номинальное значение температуры для содержимого зоны регулируемой температуры должно поддерживаться в диапазоне примерно от +20 до +45°F. В некоторых вариантах осуществления значение номинальной температуры в зоне регулируемой температуры находится в диапазоне примерно от +20 до +40°F.
В некоторых вариантах осуществления зона регулируемой температуры системы имеет номинальную температуру значением ниже -10°F. В некоторых вариантах осуществления значение номинальной температуры в зоне регулируемой температуры находится в диапазоне примерно от -10 до +5°F. В некоторых вариантах осуществления значение номинальной температуры в зоне регулируемой температуры равно или меньше 0°F. В некоторых вариантах осуществления значение номинальной температуры в зоне регулируемой температуры находится ниже диапазона примерно от -5 до +5°F, исключая циклы оттаивания. В некоторых вариантах осуществления значение номинальной температуры в зоне регулируемой температуры равно или меньше +32°F.
В некоторых вариантах осуществления значение номинальной температуры в зоне регулируемой температуры находится в диапазоне примерно от 0 до +40°F. В некоторых вариантах осуществления значение номинальной температуры в зоне регулируемой температуры находится в диапазоне примерно от +10 до +40°F. В некоторых вариантах осуществления значение номинальной температуры в зоне регулируемой температуры находится ниже диапазона примерно от +25 до +35°F, исключая любые циклы оттаивания.
В некоторых вариантах осуществления значение номинальной температуры в зоне регулируемой температуры находится в диапазоне примерно от +15 до +45°F. В некоторых вариантах осуществления значение номинальной температуры в зоне регулируемой температуры равно или меньше +20°F.
В некоторых вариантах осуществления системы разработаны так, чтобы периодически осуществлять циклы оттаивания. Цикл оттаивания представляет собой краткосрочное нагревание испарителя. В некоторых вариантах осуществления длительность цикла оттаивания зависит от размера и состояния испарителя, который подлежит оттаиванию. В некоторых вариантах осуществления цикл оттаивания имеет достаточную длительность для полного удаления льда, имеющегося на поверхности испарителя. Например, в некоторых вариантах осуществления краткосрочное нагревание осуществляется в течение 60 минут или меньше, а в других вариантах осуществления нагревание может происходить в течение нескольких часов или дольше.
В некоторых вариантах осуществления цикл оттаивания может не оказывать влияния на температуру в зонах регулируемой температуры. В некоторых вариантах осуществления цикл оттаивания может оказывать влияние на температуру зон регулируемой температуры. В некоторых вариантах осуществления цикл оттаивания может не сказываться на температуре содержимого.
В некоторых вариантах осуществления работа систем кондиционирования воздуха может быть направлена на достижение значения температуры в зоне регулируемой температуры, соответствующего типичной комнатной температуре. В других вариантах осуществления работа систем кондиционирования воздуха может быть направлена на достижение значения температуры в зоне регулируемой температуры в диапазоне примерно от 60 до 80°F. А в некоторых вариантах осуществления системы кондиционирования воздуха могут использоваться для поддержания температуры в зоне регулируемой температуры на уровне ниже примерно 60°F.
В некоторых вариантах осуществления система работает как система теплового насоса. В некоторых вариантах осуществления система теплового насоса поддерживает температуру в зоне регулируемой температуры на уровне выше 60°F. В некоторых вариантах осуществления тепловой насос поддерживает температуру в зоне регулируемой температуры на уровне выше 70°F.
В некоторых вариантах осуществления системы предназначены для охлаждения груза весом менее 1/4 тонны. В некоторых вариантах осуществления системы предназначены для охлаждения груза весом менее 1/2 тонны. В некоторых вариантах осуществления системы предназначены для охлаждения груза весом менее 1 тонны. В некоторых вариантах осуществления системы предназначены для охлаждения груза весом в диапазоне примерно от 1 тонны до 3 тонн. В некоторых вариантах осуществления системы предназначены для охлаждения груза весом в диапазоне примерно от 1 тонны до 5 тонн. В некоторых вариантах осуществления системы предназначены для охлаждения груза весом, превышающим 5 тонн. В некоторых вариантах осуществления системы предназначены для охлаждения груза весом 8 тонн или превышающим 8 тонн. В некоторых вариантах осуществления системы предназначены для охлаждения груза весом 10 тонн или превышающим 10 тонн.
В некоторых вариантах осуществления системы предназначены для охлаждения груза весом 12 тонн или превышающим 12 тонн. В некоторых вариантах осуществления системы предназначены для охлаждения груза весом 15 тонн или превышающим 15 тонн. В некоторых вариантах осуществления системы предназначены для охлаждения груза весом 20 тонн или превышающим 20 тонн. В некоторых вариантах осуществления системы предназначены для охлаждения груза весом 22 тонны или превышающим 22 тонны. В некоторых вариантах осуществления системы предназначены для охлаждения груза весом свыше 25 тонн. В некоторых вариантах осуществления системы предназначены для охлаждения груза весом от 20 тонн до 60 тонн. В некоторых вариантах осуществления системы предназначены для охлаждения груза весом свыше 60 тонн. В каждой из этих систем полное значение груза может быть получено при помощи множества подсистем, имеющих множество зон регулируемой температуры с различными значениями номинальной температуры и с различными рабочими температурами испарителей. В некоторых вариантах осуществления может присутствовать больше одного компрессора и больше одного конденсатора.
В некоторых вариантах осуществления система включает в себя холодильник, морозильную камеру или кондиционер воздуха, или же их комбинации. В некоторых вариантах осуществления система имеет одну или несколько зон регулируемой температуры, работающих как холодильник, а также одну или несколько зон регулируемой температуры, работающих как морозильная камера.
Описанные здесь трубы, трубки, линии и каналы систем могут быть изготовлены из любого соответствующего материала, который может содержать хладагенты при различных значениях температуры и давления без существенного изменения хладагента как с химической точки зрения, так и с физической. В некоторых вариантах осуществления эти трубы, трубки, линии и каналы могут быть изготовлены из одного и того же материала или из разных материалов. В некоторых вариантах осуществления материалы для изготовления труб, трубок, линий и каналов выбираются из группы в составе которой стекло, медь, медный сплав, алюминий, алюминиевый сплав, нержавеющая сталь и их комбинации. В некоторых вариантах осуществления, где применяется медный сплав, этот медный сплав может также включать в себя молибден, никель или их смеси.
В некоторых вариантах осуществления общая длина труб, линий трубок и каналов в системе составляет не менее 40 футов. В некоторых вариантах осуществления общая длина труб, линий трубок и каналов в системе превышает 40 футов. В некоторых вариантах осуществления общая длина труб, линий трубок и каналов составляет не менее 60 футов. В некоторых вариантах осуществления общая длина труб, линий трубок и каналов превышает 60 футов. В некоторых вариантах осуществления общая длина труб, линий трубок и каналов составляет не менее 120 футов. В некоторых вариантах осуществления общая длина труб, линий трубок и каналов превышает 120 футов. В некоторых вариантах осуществления общая длина труб, линий трубок и каналов составляет не менее 200 футов. В некоторых вариантах осуществления общая длина труб, линий трубок и каналов превышает 200 футов. В некоторых вариантах осуществления общая длина труб, линий трубок и каналов составляет не менее 500 футов. В некоторых вариантах осуществления общая длина труб, линий трубок и каналов превышает 500 футов. В некоторых вариантах осуществления общая длина труб, линий трубок и каналов составляет не менее 1000 футов. В некоторых вариантах осуществления общая длина труб, линий трубок и каналов превышает 1000 футов. В некоторых вариантах осуществления общая длина труб, линий трубок и каналов составляет не менее 2000 футов. В некоторых вариантах осуществления общая длина труб, линий трубок и каналов превышает 2000 футов.
В некоторых вариантах осуществления система имеет среднее значение температуры испарителя, выбранное из диапазона температур приблизительно от -40 до +40°F, а температура конденсатора поддерживается в диапазоне приблизительно от +60 до +130°F. В некоторых вариантах осуществления система имеет среднее значение температуры испарителя, выбранное из диапазона температур приблизительно от -40 до +40°F, а температура конденсатора поддерживается в диапазоне приблизительно от +70 до +105°F.
В некоторых вариантах осуществления система имеет среднее значение температуры испарителя, выбранное из диапазона температур приблизительно от -20 до +20°F, а температура конденсатора поддерживается в диапазоне приблизительно от +60 до +130°F. В некоторых вариантах осуществления система имеет среднее значение температуры испарителя, выбранное из диапазона температур приблизительно от -20 до +20°F, а температура конденсатора находится в диапазоне приблизительно от +70 до +105°F.
В некоторых вариантах осуществления жидкий хладагент подвергается переохлаждению примерно в 5°F прежде, чем достичь расширительного клапана. В других вариантах осуществления жидкий хладагент подвергается переохлаждению величиной примерно от 5 до 10°F до поступления в расширительный клапан. В других вариантах осуществления жидкий хладагент подвергается переохлаждению величиной примерно от 10 до 20°F до поступления в расширительный клапан. В некоторых вариантах осуществления величина такого переохлаждения составляет более 20°F. В некоторых вариантах осуществления величина такого переохлаждения составляет не более 50°F. В некоторых вариантах осуществления величина такого переохлаждения составляет более 50°F.
В некоторых вариантах осуществления в составе системы имеется не менее двух зон регулируемой температуры, не менее двух расширительных клапанов для R22 и не менее двух испарителей. В некоторых вариантах осуществления в составе системы имеется не менее двух зон регулируемой температуры, не менее двух расширительных клапанов, выбранных для описанных выше композиций, и не менее двух испарителей.
В некоторых вариантах осуществления в состав системы входят два или большее количество датчиков, из которых, по меньшей мере, в одном находится R22, а, по меньшей мере, в одном из остальных датчиков содержится описанная выше композиция.
В некоторых вариантах осуществления системы могут включать в себя 4 линии контура жидкости, 4 компрессора и холодильные и/или морозильные камеры в количестве 21 штуки, а также более 50 ТРК с распределителями и не менее 10 ТРК без распределителей. В других вариантах осуществления системы могут представлять собой системы низкотемпературного охлаждения, имеющие в своем составе от 9 до 15 линий контура жидкости, от 15 до 42 морозильных камер, подключенных к системе и находящихся в разных местах вдоль линий контура жидкости, не менее одной холодильной камеры и использующие в работе от 4 до 6 компрессоров.
Некоторые варианты осуществления представляют собой системы со средней (умеренной) температурой, в состав которых входит 4 линии циркуляции жидкости, 21 витрина-стеллаж - как зоны регулируемой температуры, 4 компрессора, а также не менее 60 ТРК с распределителями и 10 ТРК без распределителей. Некоторые варианты осуществления включают в себя только холодильные камеры, имеющие не менее 7 ТРК с распределителями. Некоторые системы умеренной температуры имеют 15 линий контура жидкости, 42 камеры (выбранных из группы, состоящей из холодильников, морозильников, охладителей и их комбинации) и используют в своей работе 6 компрессоров, 34 ТРК с распределителями и 8 ТРК без распределителей. В некоторых системах умеренной температуры используются ТРК без распределителей. Некоторые системы умеренной температуры включают в себя 10 линий контура жидкости, 18 холодильных камер и 6 шкафов-холодильников, используя в своей работе 4 компрессора, а также 18 ТРК с распределителями и 9 ТРК без распределителей.
Некоторые варианты осуществления представляют собой низкотемпературные системы, имеющие в своем составе 9 линий циркуляции жидкости, 28 морозильных камер, 1 холодильную камеру, множество компрессоров, 32 ТРК с распределителями и 1 ТРК без распределителя. Некоторые системы включают в себя 4 холодильные камеры, использующие 5 ТРК с распределителями.
В некоторых вариантах осуществления система рассчитана на работу с нагрузкой не менее 1000 БТЕ/час. В некоторых вариантах осуществления система рассчитана работу с нагрузкой, превышающей 1000 БТЕ/час. В некоторых вариантах осуществления система рассчитана работу с нагрузкой не менее 50000 БТЕ/час. В некоторых вариантах осуществления система рассчитана работу с нагрузкой не менее 100000 БТЕ/час. В некоторых вариантах осуществления система рассчитана работу с нагрузкой, превышающей 100000 БТЕ/час.
Охладитель
В одном из вариантов осуществления описанные выше композиции могут использоваться в качестве хладагентов в охладителе. Охладитель представляет собой один из типов аппаратов для кондиционирования воздуха/охлаждения. Существует два типа охладителей: парокомпрессионные охладители и абсорбционные охладители. В настоящем описании рассматривается парокомпрессионный охладитель. Такой парокомпрессионный охладитель может представлять собой либо охладитель с затопленным испарителем, показанный на Фиг.10, либо охладитель с прямым расширением. Как охладитель с затопленным испарителем, так и охладитель с прямым расширением могут представлять собой охладители с воздушным охлаждением или с водяным охлаждением. В тех вариантах осуществления, где охладители имеют водяное охлаждение, такие охладители обычно связаны с градирнями для отвода тепла из системы. В тех вариантах осуществления, где охладители имеют воздушное охлаждение, они оснащены конденсаторными змеевиками из ребристых трубок для воздушного охлаждения хладагента и вентиляторами для отвода тепла из системы. Системы охладителей с воздушным охлаждением обычно являются менее дорогостоящими, чем системы охладителей с водяным охлаждением эквивалентной мощности, включающие в себя градирню и водяной насос. Однако системы с водяным охлаждением могут быть более эффективными во многих рабочих условиях благодаря более низким температурам конденсации.
Охладители могут быть соединены с системой управления и распределения воздуха для обеспечения комфортного кондиционирования воздуха (охлаждения и снижения влажности воздуха) в больших коммерческих зданиях, включая гостиницы, офисные здания, больницы, университеты и тому подобное. В другом варианте осуществления охладители нашли дополнительное применение на подводных лодках и надводных судах.
Для того чтобы продемонстрировать работу охладителей, нужно обратиться к чертежам. Схема охладителя водяного охлаждения с затопленным испарителем показана на Фиг.10. В этом охладителе теплая жидкость подается в охладитель из системы охлаждения (например, из системы охлаждения здания) в направлении, показанном стрелкой 3, через змеевик 9 испарителя. В некоторых вариантах осуществления такой теплой жидкостью является вода. В других вариантах осуществления такой теплой жидкостью является вода, также содержащая этилен гликоль и пропилен гликоль. Эта жидкость подается к испарителю 214, где она охлаждается жидким хладагентом, показанным в нижней части испарителя. Этот жидкий хладагент испаряется при более низкой температуре, чем температура теплой жидкости, которая течет по змеевику 9. Охлажденная жидкость делает круг и отправляется обратно в охлаждающую систему здания, как показано стрелкой 4, через обратную часть змеевика 9. Жидкий хладагент, показанный в нижней части испарителя 214 на Фиг.10, испаряется и поступает в компрессор 70, который увеличивает давление и температуру пара. Компрессор сжимает этот парообразный хладагент до такой степени, чтобы он мог конденсироваться в конденсаторе 80 при более высокой температуре, чем температура парообразного хладагента на выходе из испарителя. Охлаждающая среда, представляющая собой жидкость в случае охладителя с водяным охлаждением, поступает из градирни в конденсатор через его змеевик 10, как показано стрелкой 1 на Фиг.10. Эта охлаждающая среда в этом процессе нагревается и возвращается через обратную петлю змеевика 10 в направлении стрелки 2 соответственно в градирню или в окружающую среду. Эта охлаждающая среда охлаждает пар хладагента в конденсаторе, преобразуя его в жидкий хладагент, таким образом в нижней части конденсатора будет находиться жидкий хладагент, как показано на Фиг.10. Конденсированный жидкий хладагент из конденсатора течет обратно в испаритель через расширительное устройство или через насадку 8. Насадка 8 снижает давление жидкого хладагента и частично преобразует жидкий хладагент в пар, то есть можно сказать, что жидкий хладагент частично преобразовывается в пар (испаряется) за счет падения давления между конденсатором и испарителем. Процесс испарения охлаждает хладагент как жидкий, так и парообразный до температуры насыщения при давлении в испарителе, таким образом в испарителе будет присутствовать хладагент как в жидкой фазе, так и в парообразной.
Следует отметить, что в однокомпонентной композиции хладагента состав парообразного хладагента в испарителе тот же самый, что и состав жидкого хладагента в испарителе. В таком случае в испарителе будет поддерживаться постоянная температура. Однако в случае использования композиции хладагента в виде смеси, как в случае с композициями настоящего изобретения, жидкий хладагент и парообразный хладагент в испарителе могут иметь разные составы.
В охладителях мощностью свыше 700 кВт обычно применяются затопленные испарители, когда хладагент находится в испарителе и в конденсаторе (т.е. внутри их корпусов). Для затопленных испарителей требуется заправлять большее количество хладагента, но они позволяют получать более точное значение температуры и имеют более высокую энергетическую эффективность. В охладителях мощностью менее 700 кВт обычно используются испарители, в которых хладагент проходит внутри трубок, расположенных в охлажденной охлаждающей среде в испарителе и в конденсаторе (т.е. в их корпусах). Такие охладители называются охладителями с прямым расширением (ПР). Охладитель прямого расширения с водяным охлаждением теплая охлаждающая среда, например вода, поступает в испаритель через вход 14. Хладагент, в основном жидкий, поступает в змеевик испарителя 9' по стрелке 3' и испаряется. В результате происходит охлаждение воды в испарителе и охлажденная жидкость выходит из испарителя через выход 16. Парообразный хладагент выходит из испарителя по стрелке 4' и направляется к компрессору 7', где он сжимается и выходит в виде пара с высокой температурой и высоким давлением. Этот пар поступает в конденсатор через конденсаторный змеевик по направлению 1'. Этот пар охлаждается водой в конденсаторе и становится жидкостью. Охлаждающая вода поступает в конденсатор через вход 20 для воды конденсатора и отбирает тепло от конденсированного пара, которое нагревает эту воду. Вода выходит из конденсатора через выход 18 для воды. Конденсированный жидкий хладагент выходит из конденсатора по стрелке 2' и идет через расширительный клапан 12, снижающий давление этого жидкого хладагента. Небольшое количество пара, полученное в результате этого расширения, поступает в испаритель вместе с жидким хладагентом.
Парокомпрессионные охладители определяются типом используемого в них компрессора. В одном варианте осуществления описанные здесь композиции применяются в центробежных охладителях, использующих центробежные компрессоры. В другом варианте осуществления описанные здесь композиции применяются в охладителях с объемным вытеснением, использующих компрессоры объемного вытеснения, будь то поршневые, роторные или спиральные компрессоры.
СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ СИСТЕМЫ, РАНЕЕ ИСПОЛЬЗУЮЩЕЙ R22
Ниже описан способ модификации теплопередающей системы, в контуре конденсатор-испаритель которой используется R22, в составе имеется расширительный клапан для R22, а также датчик, в котором также содержится R22; этот способ включает в себя:
(i) удаление R22 из контура системы конденсатор-испаритель;
(ii) заправку контура конденсатор-испаритель системы заменяющей композицией, имеющей значение давления насыщенного пара по существу такое же, как у R22, обладающей не менее 90% охлаждающей способности R22 при тех же самых условиях работы системы, и не увеличивающей нагрузочную способность расширительного клапана выше 130% клапана для R22.
В одном варианте осуществления вышеуказанный способ включает в себя использование на этапе (ii) заменяющей композиции, обладающей нулевым потенциалом разрушения озона.
В некоторых вариантах осуществления заменяющая композиция имеет приемлемый потенциал глобального потепления (ПГП). В некоторых вариантах осуществления потенциал глобального потепления имеет значение ниже 2600. В некоторых вариантах осуществления потенциал глобального потепления ниже 2300. В некоторых вариантах осуществления потенциал глобального потепления ниже 2000.
Потенциалы глобального потепления (ПГП) представляют собой показатель для оценки относительного вклада в глобальное потепление вследствие эмиссии в атмосферу одного килограмма конкретного газа с парниковым эффектом по сравнению с эмиссией одного килограмма углекислого газа в перспективе длительностью 100 лет, как описано во втором оценочном докладе (SAR - 1995) межправительственной группы экспертов по изменению климата.
В одном варианте осуществления данный способ включает в себя использование описанной выше композиции в качестве хладагента для заправки согласно этапу (ii). В одном варианте осуществления данный способ также включает в себя замену R22 в датчике тем же хладагентом, который используется на этапе (ii).
В одном варианте осуществления данный способ включает в себя также замену всех уплотнений в контуре системы конденсатор-испаритель до выполнения этапа (ii) заправки.
Уплотнения в контуре конденсатор-испаритель расположены в различных местах системы, включая стыки металлических поверхностей или фитинги и другие металлические компоненты, такие как электромагнитные клапаны, клапаны давления на загрузке хладагента (клапаны Шредера), шаровые клапаны и тому подобное. Типы уплотнителей могут представлять собой простые кольцевые уплотнители или прокладки и могут изготовляться из разнообразных материалов, таких как пластики, каучук и другие эластомеры. В некоторых вариантах осуществления такими материалами являются неопрен, гидрогенизированный бутадиен-нитрильный каучук, БНК, этиленпропиленовый диен, ЭПДМ, силикон, а также их смеси и комбинации.
В некоторых вариантах осуществления не требуется производить корректировку пружины регулирования перегрева в расширительном клапане, предназначенном для R22, с целью аккомодации описанных выше композиций в контуре конденсатор-испаритель. В других вариантах осуществления выполняется корректировка этой пружины регулирования перегрева на величину избыточного давления не более 3 фунтов на квадратный дюйм (либо в сторону увеличения, либо в сторону уменьшения) для вмещения композиции-заменителя в контуре конденсатор-испаритель.
Специалисты в данной области техники заметят, что объекты на чертежах показаны только для простоты и ясности и не обязательно выполнены в масштабе или представляют только данные варианты осуществления изобретения. Например, размеры некоторых объектов на чертежах могут быть увеличены по отношению к другим объектам для лучшего понимания некоторых вариантов осуществления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
ФИГ.1 представляет собой схематичную иллюстрацию системы теплопередачи, использующей одну из описанных выше композиций. На этой схеме показана система 100, в которой описанная выше композиция используется в датчике 101 и в головке 102 датчика. Зона регулируемой температуры представлена зоной охлаждения 103. Охлаждаемые объекты (содержимое зоны охлаждения) показаны позицией 104. По линии жидкого хладагента 110 жидкий хладагент входит в расширительный клапан 112 и течет в испаритель 114, где он расширяется, испаряется и выходит из испарителя в виде перегретого пара 120, поступая в линию 140 всасывания. Конденсатор и компрессор такой системы не показаны. В одном из описанных здесь вариантов осуществления такая система может подвергаться модификации, посредством чего R22 в контуре конденсатор-испаритель заменяется одной из описанных выше композиций хладагента. Расширительный клапан не нужно будет изменять. В некоторых вариантах осуществления будет осуществлена корректировка пружины регулирования перегрева (см. ФИГ.3 ниже) на величину не более чем ± 3 фунта на квадратный дюйм.
ФИГ.2 представляет собой схематичную иллюстрацию системы холодильника с термостатическим расширительным клапаном. На этой иллюстрации система, использующая жидкий хладагент (либо R22, применявшийся традиционно для этих целей, либо одну из композиций, описанную здесь для описанных здесь применений), вынуждает этот жидкий хладагент проходить через ТРК, 212, из которого хладагент частично в жидком виде, а частично в парообразном выходит в линию по направлению к связанному с клапаном испарителю 214), в результате чего хладагент поступает в испаритель частично в жидкой фазе, частично в парообразной, выходит оттуда в парообразной фазе и поступает в линию 240 всасывания. Далее хладагент в парообразной фазе движется по направлению к подключенному к этой линии компрессору 250, который сжимает его и возвращает в состояние горячего газа. Далее хладагент выходит из компрессора в подключенную к нему линию 260 горячего газа, а затем движется дальше по направлению к конденсатору 270) и поступает в него, в конденсаторе парообразный хладагент конденсируется и возвращается в жидкую фазу. Линия 280 жидкого хладагента возвращает этот жидкий хладагент к ТРК.
ФИГ.3 представляет собой схематичную иллюстрацию одного из типов расширительного клапана, состоящего из корпуса 92 клапана, связанного с датчиком 201, имеющим головку 202, и имеющего входное отверстие для жидкого хладагента 97. Головка 202 является частью датчика 201, который подключен к термостатическому элементу 99, имеющему диафрагму 84. В некоторых вариантах осуществления вместо диафрагмы используется система сильфонов (не показана). Когда термостатический элемент 99 ощущает возрастание температуры в головке 202, давление Р1 прикладывается к диафрагме, толкая ее вниз (и в описанных здесь вариантах осуществления систем в датчиках может содержаться R22 или одна из описанных здесь композиций), а давление, накапливающееся в капиллярной трубке 82 датчика, воздействует на толкатель 98, тем самым выталкивая пробку 96 клапана из ее положения в седле 88 клапана, давая возможность жидкому хладагенту поступать из входного отверстия к испарителю (все это время сжимая пружину 94 перегрева). Допускается небольшая настройка ТРК с помощью винта 90 регулирования перегрева), которым можно увеличивать или уменьшать значение Р3. В некоторых вариантах осуществления при помощи винта 90 регулировки перегрева можно корректировать значение Р3 в пределах +/- 3 фунта на квадратный дюйм. В некоторых вариантах осуществления при помощи винта 90 регулировки перегрева можно корректировать значение Р3 в пределах, превышающих +/- 3 фунта на квадратный дюйм. Хладагент, частично имеющий вид жидкости, частично в виде газа, выходит из корпуса 92 клапана через выходное отверстие 95. Во время работы системы давление, воздействующее на диафрагму (или сильфоны) представляет собой Р1 (давление термостатического элемента 99, давление пара) и противодействует комбинированному давлению Р2 (давлению испарителя через внутренний балансир 86) и Р3 (давлению, эквивалентному силе жесткости пружины 94 регулировки перегрева).
ФИГ.4 представляет собой схематичное изображение термостатического расширительного клапана, имеющего сопло и распределитель. Линия 210 контура жидкости подключена к входному отверстию 97 корпуса 92 ТРК, имеющего диафрагму 84, соединенную с датчиком 101. В корпусе 92 ТРК имеется выходное отверстие 95. С выходным отверстием 95 соединено сопло 205, к которому подключен распределитель 207. Распределитель 207 имеет два выходных отверстия 209 распределителя, соединяющихся с испарителем, имеющим два испарительных змеевика 216.
ФИГ.5 представляет собой схематичное изображение системы охлаждения, использующей R22 и одну из описанных выше композиций. Эта схема иллюстрирует систему 200, использующую R22 в датчике 101 и в его головке 102. На этой иллюстрации область, подлежащая охлаждению, представлена зоной 203 регулируемой температуры. Содержимое зоны регулируемой температуры обозначено позицией 204. Жидкий хладагент 210 поступает в расширительный клапан 212 для R22 и течет в испаритель 214, где он расширяется и испаряется, а затем выходит из испарителя в виде перегретого пара 220 в линию 240 всасывания. В некоторых вариантах осуществления для вмещения описанных выше композиций в испаритель не требуется выполнять никаких действий по корректировке расширительного клапана для R22. Конденсатор и компрессор такой системы на чертеже не показаны.
ФИГ.6 представляет собой схематичное изображение другого варианта осуществления системы 300 одного из вариантов осуществления описанной системы теплопередачи - системы холодильника, применяющей в своей работе как R22, так и одну из описанных выше композиций. В линии 210 циркуляции жидкости содержится описанная выше композиция, которая поступает во входной патрубок 33 клапана и далее, через входное отверстие 97 клапана в расширительный клапан 92. В состав расширительного клапана 92 входит диафрагма 84, соединенная с датчиком 101. К расширительному клапану подключено сопло 205 и соединенный с ним распределитель 207. Распределитель 207 имеет выходные отверстия 209 распределителя, соединяющиеся со змеевиками 216 испарителя, причем частично эти змеевики находятся за пределами испарителя 214. Циркулирующая описанная выше композиция поступает в двух фазах (жидкой и парообразной) в змеевики 216 испарителя, достигает состояния насыщенного пара на выходе из испарителя 214, а затем подвергается перегреву, становясь перегретым паром 220. В некоторых вариантах осуществления величина перегрева описанной выше композиции превышает 5°F; в некоторых вариантах осуществления величина перегрева описанной выше композиции не превышает 6°F; в некоторых вариантах осуществления величина перегрева описанной выше композиции не превышает 7°F; в некоторых вариантах осуществления величина перегрева описанной выше композиции не превышает 8°F; в некоторых вариантах осуществления величина перегрева описанной выше композиции не превышает 10°F; в некоторых вариантах осуществления величина перегрева описанной выше композиции поддерживается между 10 и 15°F; в других вариантах осуществления величина перегрева описанной выше композиции не превышает 15°F; а в других вариантах осуществления величина перегрева описанной выше композиции не превышает 20°F. В некоторых вариантах осуществления величина перегрева описанной выше композиции поддерживается между 5 и 10°F.
Головка 102, в которой находится R22, реагирует на температуру перегретого пара, передавая эту реакцию давлением R22 внутри датчика 101, который соединяется с диафрагмой 84 расширительного клапана 92, в результате чего открывается или закрывается подача дополнительного количества жидкости в расширительный клапан 92. Перегретый пар 220 поступает в линию 240 всасывания и встречается с линией 28 циркуляции пара. Линия 28 циркуляции пара соединена с другими холодильными системами, которые могут быть такими же, как и система 300, или отличаться от нее. Пар одной из описанных выше композиций поступает во всасывающий приемник 29 компрессора 70. Компрессор 70 может представлять собой один или несколько компрессоров, работающих вместе (например, блок компрессоров), которые могут быть компрессорами одного типа или разных типов, или могут иметь одинаковые или разные значения нагрузочной способности. После сжатия нагретого пара описанной выше композиции этот газ выходит из компрессора и поступает в линию 74 циркуляции пара, а по ней - в конденсатор (не показан). С помощью вентилятора или другого механизма (не показан) воздух обдувает змеевики испарителя. Вышеописанная композиция охлаждает воздух в зоне 203 регулируемой температуры до требуемого номинального значения температуры и охлаждает содержимое 204 до нужных значений температуры 190. Значение температуры содержимого могут быть такими же, как температура в зоне регулируемой температуры, или отличаться от нее. В некоторых вариантах осуществления для вмещения вышеописанной композиции в испарителе необходимо выполнить корректировку расширительного клапана для R22 на величину, не превышающую ± 3 фунта на квадратный дюйм.
ФИГ.7 представляет собой другой вариант осуществления холодильной системы, системы 400, в которой используется R22 и одна из описанных выше композиций в соответствии с одним из описанных выше вариантов осуществления теплопередающих систем. Эта система крупнее систем 200 и 300 и представляет собой комбинацию из 15 систем 200, соединенных вместе и совместно использующих общую магистральную линию 82 жидкого хладагента, проходящую от конденсатора 80. Более того, в системе 400 имеется 3 или более линий 210 циркуляции жидкого хладагента, к каждой из которых подключено не менее 5 систем 200. Каждая из систем 200 имеет выходную линию 20, подключенную к одной из нескольких линий 28 циркуляции пара, каждая из которых подключена к линии 240 всасывания. Линия всасывания подключена к всасывающему приемнику 29, который далее соединяется с компрессором 70. Компрессор 70 может представлять собой один компрессор или блок из двух или более компрессоров, работающих параллельно или последовательно. В некоторых вариантах осуществления такая система может иметь не менее 4 линий циркуляции, не менее 4 компрессоров с подключенными к ним 20 зонами регулируемой температуры.
Каждая зона регулируемой температуры может охлаждаться более чем одним испарителем. В некоторых системах не все ТРК имеют распределители. А в некоторых системах одни ТРК будут иметь распределители, а другие - нет. В некоторых вариантах осуществления для вмещения описанной выше композиции в испаритель не требуется выполнять коррекцию расширительного клапана для R22.
ФИГ.8 представляет собой схематичное изображение описанной здесь холодильной системы. Эта система иллюстрирует также применение сепаратора масла 280 и ресивера 290. В некоторых вариантах осуществления для вмещения описанной выше композиции в испаритель не требуется выполнять коррекцию расширительного клапана для R22.
ФИГ.9 представляет собой схему холодильной системы для одного из описанных здесь вариантов осуществления холодильной системы. В этой системе также иллюстрируется применение переохладителя 270. В некоторых вариантах осуществления для вмещения описанной выше композиции в испаритель не требуется выполнять коррекцию расширительного клапана для R22.
ФИГ.10 представляет собой схему системы охладителя с затопленным испарителем, в которой жидкая композиция хладагента находится в испарителе 214, и в таких охладителях циркулируют описанные здесь парообразные композиции. Парообразный хладагент циркулирует от испарителя через линию 140 всасывания к компрессору 70. Далее компрессор с помощью линии 120 парообразного хладагента соединяется с конденсатором 80.
ФИГ.11 представляет собой схематичное изображение наружного балансира 600, подключенного к термостатическому расширительному клапану. Этот наружный балансир 600 подключен к выходной линии 20 испарителя (см. ФИГ.6). Давление испарителя Р2 передается на днище диафрагмы 84 через наружный балансир. Для лучшего понимания этого варианта осуществления наружный балансир можно сопоставить с внутренним балансиром 86, (ФИГ.3).
ПРИМЕРЫ
Описанные здесь концепции будут также рассмотрены на следующих примерах, которые не ограничивают рамки настоящего изобретения, определяемые его формулой.
Калориметрические данные работы
Калориметрические данные при температуре испарителя -25° F (номинальные значения для условий низкотемпературного охлаждения)
Выполнение процесса охлаждения демонстрируется согласно описанию в стандарте Standard 540-2004 Института кондиционирования воздуха и охлаждения (ИКВО) для следующих заданных условий
Температура испарителя
-25°F
Температура конденсатора
105°F
Температура возврата (всасывание компрессора)
65°F
Переохлаждение
10°F
В приведенной ниже таблице представлены охлаждающая способность и энергетическая эффективность (ЭЭФ) для описанных здесь композиций в сравнении с R22. Калориметрические данные работы базируются на рейтинг-листах (спецификациях) дисковых и поршневых компрессоров по охлаждающей способности и ЭЭФ для R22. В обоих случаях лабораторные калориметрические данные лабораторных систем для данной композиции (Ex) определялись в спиральном компрессоре и сравнивались с показателями работы R22 (значениями охлаждающей способности и ЭЭФ), основанных на рейтинг-листах (спецификациях) дисковых и поршневых компрессоров для R22.
Композиция Ex представляет собой:
R32
8,5 мас.%
R125
45 мас.%
R134a
44,2 мас.%
н-бутан
1,7 мас.%
изопентан
0,6 мас.%
ТАБЛИЦА 1
Компрессор
Показатели процесса охлаждения
R22
Ex
показатели Ex к показателям R22
дисковый
Охлаждающая способность (БТЕ/час)
19834
21070
1,06
ЭЭФ
5,17
5,78
1,12
поршневой
Охлаждающая способность (БТЕ/час)
19834
21070
1,06
ЭЭФ
4,96
5,78
1,17
холодильных систем со средней температурой
Калориметрические данные при температуре испарителя 20° F (номинальные условия для ).
Выполнение процесса охлаждения демонстрируется согласно описанию в стандарте Standard 540-2004 Института кондиционирования воздуха и охлаждения (ИКВО) для следующих заданных условий
Температура испарителя
20°F
Температура конденсатора
120°F
Температура возврата (всасывание компрессором)
65°F
Переохлаждение
10°F
Охлаждающая способность и энергетическая эффективность (ЭЭФ) описанных здесь композиций представлены в приведенных ниже таблицах в сравнении с R22. Калориметрические данные работы базируются на рейтинг-листах (спецификациях) дисковых и поршневых компрессоров по охлаждающей способности и ЭЭФ для R22. В обоих случаях лабораторные калориметрические данные лабораторных систем для данной композиции (Ex) определялись в спиральном компрессоре и сравнивались с показателями работы R22 (значениями охлаждающей способности и ЭЭФ), основанных на рейтинг-листах (спецификациях) дисковых и поршневых компрессоров для R22.
Композиция Ex представляет собой:
R32
8,5 мас.%
R125
45 мас.%
R134a
44,2 мас.%
н-бутан
1,7 мас.%
изопентан
0,6 мас.%
ТАБЛИЦА 2
Компрессор
Показатели процесса охлаждения
R22
Ex
показатели Ex к показателям R22 R22
дисковый
Охлаждающая способность (БТЕ/час)
63070
60555
0,96
ЭЭФ
9,22
9,48
1,03
поршневой
Охлаждающая способность (БТЕ/час)
61160
60555
0,99
ЭЭФ
9,05
9,48
1,05
Воспламеняемость
Для классификации хладагента по воспламеняемости эта характеристика (воспламеняемость) может быть определена американским обществом инженеров по охлаждению, отоплению и кондиционированию воздуха (АОИООКВ) согласно стандарту АОИООКВ Standard 34-2004. Для присвоения рейтинга "Al" хладагент должен быть нетоксичным и невоспламеняемым как в жидкой, так и в парообразной фазе. Наихудшим вариантом формулировки касательно воспламеняемости (НВВ) является номинальная формулировка, включающая в себя такие допустимые варианты композиции, результатом которых является наиболее воспламеняемая концентрация компонентов для данной смеси компонентов хладагента. Композиция, полученная в процессе фракционирования НВВ, имеющая наиболее высокую концентрацию воспламеняющегося компонента (компонентов) согласно определению стандарта АОИООКВ Standard 34-2004 в парообразной и жидкой фазе, является наихудшим вариантом фракционирования по воспламеняемости (НВФВ). Для получения рейтинга "Al" она также должна быть невоспламеняемой.
Оценка воспламеняемости композиций, содержащих R125, R134a, R32 и углеводороды, выполняется путем вычисления полной эквивалентной доли углеводорода (ЭДУ). (ЭДУ = массовая доля углеводорода в мас.% + 0,10* массовой доли R32 в мас.%). Значения ЭДУ для композиций (таких, как описаны здесь), содержащих определенную долю R125, определены в патенте США № 6,783,691. Для композиций, вес R125 в которых составляет около 60 мас.%, значение ЭДУ должно быть меньше или равно 4,7% для того, чтобы такая композиция была невоспламеняющейся. В приведенной ниже таблице представлены варианты НВВ (полученные на основе описанных выше комбинаций) и НВФВ, а также значения ЭДУ для композиции Ex, состав которой приведен в Таблице 1, в сравнении с другой композицией, использующейся в данной отрасли (все при температуре -33°C, как определено АОИООКВ, превышающей на 10°C температуру кипения)
ТАБЛИЦА 3
Начальная композиция
Жидкая НВВ композиции
Парообразная НВФВ
Значение ЭДУ для НВФВ
Ex =
R32
8,5
9
15,1
4,5 (невоспламен.)
R125
45
43,5
58,9
(менее 4,7%)
R134a
44,2
45
23
н-бутан
1,7
1,8
2,65
изопентан
0,6
0,7
0,35
Сравнение
R32
10
10,5
17,2
5,0 (воспламен.)
R125
45
43,5
57,8
(выше 4,7%)
R134a
42,5
43,3
21,7
н-бутан
2,0
2,1
3,0
изопентан
0,5
0,6
0,3
Поскольку величина ЭДУ для варианта НВФВ композиции Ex имеет значение меньше 4,7%, это свидетельствует о невоспламеняемости данной композиции. Кроме того, значение ЭДУ для варианта НВФВ композиции, приведенной для сравнения, превышает 4,7%, а это означает, что такая композиция является воспламеняющейся.
Результат утечки пара
Сосуд заправлен начальной композицией при 23°C, измеренное начальное давление композиции обеспечивает утечку композиции из сосуда, при этом температура поддерживается на постоянном уровне до того, пока останется 50% начальной композиции, при котором измерялось давление оставшейся в сосуде композиции. Вычисленные результаты показаны в Таблице 4.
ТАБЛИЦА 4
Композиция
Начальное
Давление
Изменение
(R32/R125/R134a/н-
давление
после 50%
давления
бутан/изопентан)
(кПа)
утечки
(%)
(кПа)
8,5/45/44,2/1,7/0,6
1053
963
8,5
9/44,21/44,3/1,8/0,7
1056
964
8,7
9/43,4/45,7/1,5/0,4
1051
958
8,8
7/46,5/44,6/1,5/0,4
1039
952
8,4
7/45/45,5/1,8/0,7
1030
942
8,5
Разность между значениями давления пара в начальной композиции и давлением композиции, оставшейся после утечки 50% составляет меньше 10% по отношению к начальному давлению для всех композиций настоящего изобретения. Это показывает, что композиции согласно настоящему изобретению являются композициями азеотропного типа.
Ниже в таблице 5 приводятся примеры A-G композиций по изобретению.
ТАБЛИЦА 5
В маc. %
R-32
R-125
134а
600бутан
601аизопентан
601 пентан
PFPE Кrуtох™ GPL104
Сумма компонентов
Пример А
8.5
45
44.2
1.7
0.6
0
0
100
Пример В
8.5
45
44.2
1.7
0
0.6
0
100
Пример С
8.5
45
44.2
1.8
0.5
0
0
100
Пример D
8.5
45
44.2
1.8
0
0.5
0
100
Пример Е
8.5
45
44.1
1.7
0
0.6
0.1
100
Пример F
8.5
45
44.1
1.8
0.5
0
0.1
100
Пример G
8.5
45
44.1
1.8
0
0.5
0.1
100