DE69201719T2

DE69201719T2 - Verbesserungen in Kühlkreisläufen.

Info

Publication number: DE69201719T2
Application number: DE69201719T
Authority: DE
Inventors: Peter Kaminsky
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-12-06
Filing date: 1992-12-03
Publication date: 1995-11-09
Anticipated expiration: 2012-12-04
Also published as: EP0546447A1; IL100268A; EP0546447B1; DK0546447T3; ATE119931T1; DE69201719D1; ES2071410T3; IL100268A0; JPH05239448A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Kühlkreisläufen und auf neue Kühlmittel die hierin verwendet werden.
Es ist nach dem Stand der Technik bekannt, verschiedene Kühlmittel zu verwenden, wie beispielsweise Fluor Gemische, die ailgemein unter dem Namen "Freon" bekannt sind, oder verschiedene Gemische unterschiedlicher Gase, wie beispielsweise Propan, Butan, Äthan etc. Diese werden in verschiedenen Kühlkreisläufen als Kühlmittel verwendet, werden in einem Verdichter zur Kondensation verdichtet, wobei sie Energie gewinnen, und werden in einem Wärmetauscher entspannt, wobei sie Wärme von der Umgebung abziehen.
Es wurde überraschenderweise gefunden, und dies ist ein Gegenstand der Erfindung, daß es möglich ist, den Wirkungsgrad dieser Kreisläufe durch Hinzufügen zusätzlicher Mengen eines Gases zu erhöhen, das unter den Bedingungen, bei denen das Kühlmittelgas kondensiert, nicht kondensiert.
Es wurde weiterhin gefunden, und dies ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, daß es möglich ist, die Energie zu verringern, die notwendig ist, das Kühlmittel zu verdichten und seine Kondensation zu verursachen.
Das Verfahren gemäß der Erfindung umfasst das Hinzufügen eines zusätzlichen Gases zu dem Kühlmittel, das in Bezug auf das Kühlmittel inaktiv ist und das unter der Kondensationsbedingung des Kühlmittels nicht kondensiert, in einer Menge, die wirksam ist, die zur Durchführung des Verdichtungsschritts notwendige Energie zu reduzieren.
Die Menge des verwendeten zusätzlichen Gases wird entsprechend dem verwendeten Kühlmittel unterschiedlich sein, und die optimale Menge kann durch den Fachmann von Fall zu Fall leicht bestimmt werden, indem verschiedene Mengen zusätzilchen Gases hinzugefügt werden und der Energieverbrauch gemessen wird, der sich bei jedem Gemisch ergibt. In den meisten Fällen ist es jedoch nicht wünschenswert, zusätzliche Gase in einer Menge größer als 20 Volumenprozent der gesamten Gasmischung im verdichteten Zu stand hinzuzufügen.
Eine Auswahl von Gasen kann als zusätzliche Gase verwendet werden, wobei die Haupterfordernis ist, daß das Gas nicht mit dem Kühlmittel reagiert. Die Gase schließen, zur Verdeutlichung aber nicht beschränkend, Methan, Äthylen, CO&sub2; und N&sub2; und Gemische hiervon ein.
In gleicher Weise können zahlreiche verschiedene Kühlmittel verwendet werden, und typische Kühlmittel umfassen Chlorfluormethan, n-Butan, Ammoniakgas, Propylen, Propan, Äthan, Methylamin, Äthylamin, Methylformiat und Gemische hiervon.
Kühlmittelgemische, die kondensierbare und nicht kondensierbare Gase gemäß der Erfindung enthalten, sind ebenfalls neu und bilden als Klasse und als solche ebenfalls einen Teil der vorliegenden Erfindung.
Die oben angeführten Merkmale und Vorteile der Erfindung können durch die folgenden verdeutlichende ab er nicht beschränkende Beschreibung bevorzugter Ausführungbeispiele besser verstanden werden. In allen unten angeführten Beispielen werden verschiedene Kühlmittelgemische mit ähnlichen Gemischen verglichen, die nicht kondensierbare Gase gemäß der Erfindung enthalten. Alle Prozentsätze solcher Gemische sind in Volumenprozent, basierend auf dem gesamten Volumen des Kühlmittelgemischs im verdichteten Zustand, angegeben. Drücke sind in MPa angegeben, und in jeder unten angeführten Tabelle werden Gemische gemäß der Erfindung mit Kühlmitteln nach dem Stand der Technik verglichen, wobei die Energie in jedem Fall mit der Energie verglichen wird, die benötigt wird, um das Kühlmittel nach dem Stand der Technik zu verdichten, wobei diese Energie in jeder Tabelle zu 100 gesetzt wird.
Um die Erfindung zu verdeutlichen, sind die Fig.1 bis 3 bereitgestellt, wobei die Fig.1 und 2 Kühlmittelkreisläufe nach dem Stand der Technik sind, die eine Drossel (Fig.1) oder eine Turbine (Fig.2) aufweisen, und Fig.3 verdeutlicht einen Kreislauf gemäß der Erfindung. In den Figuren bezeichnen die Nummern folgende Teile: 1-Verdampfer; 2-Verdichter; 3-Kondensator; 4-Drossel; 5-Motor; 6-Turbine; 7-Separator; 8-Verdampfer-Kondensator (flüssiges Kühlmittel - gasförmiges Kühlmittel).

Beispiel 1

Chlordifluormethan (CDFM), welches ein allgemein verwendetes Kühlmittel ist, wird mit einem Gemisch aus 90% Chlordifluormethan mit 10% Methan verglichen. Methan selbst ist unter den Bedingungen, unter denen CDFM verwendet wird, nämlich 250K für den Verdampfer und 320K für den Kondensator, nicht kondensierbar. Die Ergebnisse sind in Tabelle I dargestellt, woraus entnommen werden kann, daß die Vergleichsenergie sich beim Hinzufügen von 10% Methan auf 75,19% verringert. Tabelle I Nr. REFR CDFM Methan EVP CDP R CP REFR = Name des Kühlmittels EVP = Verdampfungsdruck, MPa CDP = Kondensationsdruck, MPa CP = Vergleichsenergie, % CDFM = Chlordifluormethan R = Verhaltniszahl, R = CDP/EVP

Beispiel 2

n-Butan wird mit seinem Gemisch mit 10% Methan verglichen. Die Ergebnisse sind in Tabelle II dargestellt. Hier verringert sich die Vergleichsenergie erneut auf 69,71%. Die angegebenen Werte basieren auf denselben Verdampfungs- und Kondensationstemperaturen wie in Beispiel 1. Tabelle II Nr. REFR EVP CDP R CP n-Bu Methan n-Bu = n-Butan

Beispiel 3

Propylen als Kühlmittel wurde mit verschiedenen Gemischen aus Propylen und Äthylen, wie in Tabelle III dargestellt, verglichen. Wie man sieht, sind Gemische in jedem Fall effektiver als Propylen allein und je höher der Gehalt an Äthylen ist, desto effektiver ist das Kühlmittelgemisch. Ein zu hoher Gehalt eines inaktiven Gases ist jedoch aus technischen Gründen nicht wünschenswert. Die Werte basieren auf einer Verdampfungstemperatur von 285K und einer Kondensationstemperatur von 335K. Tabelle III Nr. REFR EVP CDP R CP Propylen Äthylen Propylen

Beispiel 4

Tabelle IV zeigt die Wirkung des Hinzufügens von Methan in verschiedenen Bemessungen zu einem Kühlmittelgemisch, das 60% Propan, 30% n-Butan und 10% Äthan enthält. Die erreichte Verbesserung ist aus Tabelle IV ersichtlich, und zusätzliches Methan erbringt in jedem Fall eine Verbesserung gegenüber dem reinen Kühlmittelgemisch. Die Werte in Tabelle IV basieren auf den Temperaturen 240K bei der Verdampfung und 305K bei der Kondensation. Tabelle IV Nr. REFR EVP CDP R CP Gemisch A Methan

Beispiel 5

Methylamin wird mit seinem Gemisch mit einer sehr kleinen Menge Äthylen (3%) verglichen. Wie aus Tabelle V entnommen werden kann, führt sogar diese kleine Hinzufügung zusätzlichen Gases zu einer dramatischen Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Kühlmittels. Diese Ergebnisse basieren auf einer Verdampfungstemperatur von 258K und einer Kondensationstemperatur von 318K. Tabelle V Nr. REFR EVP CDP R CP Methylamin Äthylen

Beispiel 6

Ammoniakgas wurde mit seinem Gemisch init geringen Mengen (5%) Stickstoff verglichen. Die Ergebnisse sind in Tabelle VI dargestellt und zeigen deutliche Verbesserungen gegenüber der Verwendung von reinem Aminoniakgas. Dies ist insbesondere deshalb interessant, da Ammoniakgas ein weitverbreitetes Kühlmittel für zahlreiche Anwendungen ist. Die Ergebnisse in Tabelle VI basieren auf einer Verdampfungstemperatur von 233K und einer Kondensationstemperatur von 303K. Tabelle VI Nr. REFR EVP CDP R CP Ammonikgas

Beispiel 7

Äthylamin wurde sowohl alleine und mit dem Zusatz von nur 1% CO&sub2; als Kühlmittel getestet. Wie aus Tabelle VII entnommen werden kann, ist die Verbesserung sogar mit sehr kleinen Mengen CO&sub2; drastisch. Die Ergebnisse in Tabelle VII basieren auf einer Verdampfungstemperatur von 258K und einer Kondensationstemperatur von 318K. Tabelle VII Nr. REFR EVP CDP R CP Äthylamin

Beispiel 8

Tabelle VIII verdeutlicht die Verbesserung, die durch das Hinzufügen von 2% CO&sub2; zu Methylformiat erreicht wird. Die Ergebnisse sind deutlich und brauchen nicht weiter erklärt zu werden. Die Ergebnisse in Tabelle VIII basieren auf einer Verdampfungstemperatur von 278K und Kondensationstemperatur von 333K. Tabelle VIII Nr. REFR EVP CDP R CP Methylformiat
Die obenstehenden Angaben wurden für den Zweck der Verdeutlichung bereitgestellt und bedeuten keine Beschränkung der Erfindung.
Zahlreiche verschiedene Gemische, zusätzliche Gase, Betriebsbedingungen und dergleichen können verwendet werden, ohne den Umfang der Erfindung zu überschreiten.

Claims

1. Verfahren zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit eines Kühlmittels, das das Hinzufügen eines zusätzlichen Gases, das in Bezug auf das Kühlmittel inaktiv ist und unter den Kondensationsbedingungen des Kühlmittels nicht kondensiert, zu dem Kühlmittel in einer Menge umfasst, die wirksam ist, die zur Durchführung des Verdichtungsschritts notwendige Energie zu reduzieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zusätzliche Gas in einer Menge von bis zu 20% des Volumens der gesamten Gasinischung im verdichteten Zustand vorhanden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zusätzliche Gas unter Methan, Äthylen, CO&sub2;, N&sub2; und Gemischen hiervon ausgewählt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Kühlmittel unter Chlorfluormethan, n-Butan, Ammoniakgas, Propylen, Propan, Äthan, Methylamin, Äthylamin, Methylformiat und Gemischen hiervon ausgewählt wird.

5. Kühlmittel, das ein kondensierbares Gas zusammen init zusätzlichen Mengen eines Gases enthält, das unter den Bedingungen, unter denen das Kühlmittel kondensiert, nicht kondensiert.

6. Kühlmittel nach Anspruch 5, wobei das zusätzliche Gas in Mengen von bis zu 20% des Volumens der gesamten Gasmischung im verdichteten Zustand vorhanden ist.

7. Kühlmittel nach Anspruch 6, wobei das zusätzliche Gas unter Methan, Äthylen, CO&sub2;, N&sub2; und Gemischen hiervon ausgewählt wird.

8. Vorrichtung, um das Verfahren irgendeines der Ansprüche 1 bis 4 auszuführen, im wesentlichen wie beschrieben und dargestellt, und im Besonderen auf die Fig.3 bezogen.