WO2000066678A1 - Fluide frigorigene - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a new refrigerant.
- the Montreal Protocol European Regulation 3093/94
- CFC chloro-fluoro-carbides
- HCFC hydro-chloro-fluoro-carbides
- HFCs hydro-fluorocarbons
- Kyoto Protocol targeting greenhouse gases, new constraints appear for the use of HFC-type refrigerants. Indeed these gases are part of the greenhouse gases whose emissions are limited by the Kyoto Protocol.
- Greenhouse gases are gases whose production is linked to human activity and which modify the ability of the atmosphere to trap thermal radiation. They cause an increase in the temperature of the earth and consequently climatic instabilities.
- GWP Global Warming Potential
- FIG. 1 shows the Mollier diagram (enthalpy - pressure) of this well-known fluid.
- the object of the invention is a mixture in defined proportions making it possible to obtain thermodynamic properties close to those of R22 while having a lower GWP.
- This new mixture is composed of three refrigerants: CO2, R32 (difluorodihydromethane - CH2F2) and R134a (tetrafluorodihydroethane - CHF2CHF2). Its composition, expressed as a mass fraction (kg / kg) is included in the following ranges:
- composition of the mixture called ARMIX01 is included in the following ranges:
- Figure 2 presents the Mollier diagram of the ARMIX01 mixture established according to the usual methods.
- Table 1 gives the essential thermodynamic characteristics and the GWP for R22 and for ARMIX01. The latter were calculated from the data relating to the constituents of the mixture and their consistency was verified by experimental tests. Table 1 - Essential thermodynamic characteristics of R22 and ARMIXOl
- the temperature of -43 ° C is the average phase change temperature over the entire stage, the lowest temperature being the bubble temperature and the highest being the dew temperature.
- FIG. 3 is a pressure / temperature diagram which makes it possible to verify that the saturation curve 2 of R22 is located inside the two saturation curves.
- ARMIXOl were calculated from the data relating to the constituents of the mixture and their consistency was checked by experimental tests.
- the proportions of the various fluids making up the ARMIXOl mixture have been chosen so that the properties of use, as a refrigerant, are close to those of R22.
- the mixture, although comprising R32, which is a low-flammable fluid, is non-flammable, even in the most critical fractionation, either in the vapor phase or in the liquid phase.
- the ARMIXOl mixture is therefore a safety refrigerant. This fluid can be advantageously used in refrigeration and air conditioning systems or both fixed and mobile.
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Abstract
L'objet de l'invention est un mélange dans des proportions définies permettant d'obtenir des propriétés thermodynamiques proches de celles du R22 (chlorodifluorométhane) tout en ayant un GWP (Global Warming Potentiel/Potentiel de Réchauffement Global) plus faible. Ce nouveau mélange est composé de trois fluides frigorigènes: le CO2, le R32 (difluorodihyfrométhane - CH2F2) et le R134a (tétrafluorodihydroéthane - CHF2CHF2). Sa composition, exprimée en fraction massique (kg/kg), est comprise dans les fourchettes suivantes :CO2 0,05 ± 0,02; R32 0,20 ± 0,05; R134a 0,70 ± 0,05.
Description
Fluide frigorigène.
La présente invention concerne un nouveau fluide frigorigène. Le Protocole de Montréal (Règlement européen 3093/94) a pour conséquence l'arrêt de production des fluides frigorigènes chlorés de type CFC (chloro-fluoro-carbures) ou HCFC (hydro-chloro-fluoro-carbures) qui étaient massivement utilisés dans les systèmes frigorifiques et de climatisation. En effet, ces substances détruisent la couche d'ozone stratosphérique (couche protectrice contre le rayonnement UV (B) dur). On connaît les avantages énergétiques qu'ils présentent. Ils permettent d'obtenir un haut niveau d'efficacité énergétique des systèmes frigorifiques dans lesquels ils sont utilisés et ils ne sont ni toxiques, ni inflammables.
Une troisième famille de fluides frigorigènes fluorés, dite HFC (hydro-fluoro- carbures) a été développée pour remplacer les CFC et les HCFC. Il est souvent nécessaire d'utiliser ces fluides en mélange pour disposer de propriétés thermodynamiques adaptées à l'usage des systèmes frigorifiques dont les températures d'évaporation sont fortement variables, typiquement de - 40 à + 10 °C. Avec la mise en place du Protocole de Kyoto visant les gaz à effet de serre, de nouvelles contraintes apparaissent pour l'utilisation des fluides frigorigènes de type HFC. En effet ces gaz font partie des gaz à effet de serre dont les émissions sont limitées par le Protocole de Kyoto. Les gaz à effet de serre sont des gaz dont la production est liée à l'activité humaine et qui modifient la capacité de l'atmosphère à piéger les rayonnements thermiques. Ils entraînent un accroissement de la température de la terre et par voie de conséquence des instabilités climatiques. Un indice appelé GWP (Global Warming Potentiel/Potentiel de réchauffement global) permet d'évaluer l'impact d'un gaz donné par rapport au réchauffement climatique. Cette échelle d'évaluation est exprimée en kg d'équivalent CO2. Par définition l'indice GWP du CO2 est égal à 1. Typiquement les HFC présentent des valeurs de GWP qui varient entre 100 et 10 000 kg de CO2 par kg de ces gaz.
Il est donc tout à fait utile de développer des mélanges utilisant préférentiellement des HFC à faible GWP ou des mélanges contenant à la fois de tels HFC et d'autres molécules ayant elles aussi un faible GWP. L'objectif est de réaliser des mélanges frigorigènes ayant des propriétés thermodynamiques adaptées tout en diminuant, autant que faire se peut, leur indice GWP.
Un HCFC particulier, le R22 (chlorodifluoromethane - CHC1F2), dont l'usage va être prochainement arrêté par le protocole de Montréal, est utilisé dans un grand nombre d'applications aussi bien frigorifiques que de climatisation. La figure 1 présente le diagramme de Mollier (enthalpie - pression) de ce fluide bien connu. L'objet de l'invention est un mélange dans des proportions définies permettant d'obtenir des propriétés thermodynamiques proches de celles du R22 tout en ayant un GWP plus faible. Ce nouveau mélange est composé de trois fluides frigorigènes : le CO2, le R32 (difluorodihydrométhane - CH2F2) et le R134a (tétrafluorodihydroéthane - CHF2CHF2). Sa composition, exprimée en fraction massique (kg/kg) est comprise dans les fourchettes suivantes :
CO2 0,05 ± 0,02
R32 0,20 ± 0,05
R134a 0,70 ± 0,05 De préférence, la composition du mélange appelé ARMIX01 est comprise dans les fourchettes suivantes :
CO2 0,04 ± 0,005
R32 0,23 ± 0,005
R134a 0,73 ± 0,005 La figure 2 présente le diagramme de Mollier du mélange ARMIX01 établi selon les méthodes usuelles.
Le tableau 1 donne les caractéristiques thermodynamiques essentielles et le GWP pour le R22 et pour ARMIX01. Ces dernières ont été calculées à partir des données relatives aux constituants du mélange et leur cohérence a été vérifiée par des tests expérimentaux.
Tableau 1 - Caractéristiques thermodynamiques essentielles du R22 et d'ARMIXOl
(1) Température de condensation/Température d'évaporation, 55°C/2°C
(2) Température de condensation/Température d'évaporation, 40°C/-20°C
(3) La température de - 43 °C est la température moyenne de changement de phase sur la totalité du palier, la température la plus basse étant la température de bulle et la plus élevée étant la température de rosée.
La figure 3 est un diagramme pression / température qui permet de vérifier que la courbe de saturation 2 du R22 se situe à l'intérieur des deux courbes de saturation
(courbe de bulle 1 pour le liquide saturant, courbe de rosée 3 pour la vapeur saturante) du mélange ARMIXOl. Les données thermodynamiques du mélange
ARMIXOl ont été calculées à partir des données relatives aux constituants du mélange et leur cohérence a été vérifiée par des tests expérimentaux.
Les proportions des différents fluides composant le mélange ARMIXOl ont été choisies pour que les propriétés d'usage, en tant que fluide frigorigène, soient proches de celles du R22. Le mélange, bien que comprenant le R32 qui est un fluide faiblement inflammable, est non inflammable, même dans le cas de fractionnement le plus critique, soit en phase vapeur, soit en phase liquide.
Les études de toxicologie de ces trois fluides sont déjà faites et ils sont classés comme non toxiques.
Le mélange ARMIXOl est donc un fluide frigorigène de sécurité.
Ce fluide peut être avantageusement utilisé dans les systèmes frigorifiques et de climatisation ou aussi bien fixes que mobiles.
Claims
1. Fluide frigorigène comportant un mélange des trois composés chimiques suivants :
- du C02, - du difluorodihydrométhane (CH2F2), autrement connu sous le code
R32,
- du tétrafluorodihydroéthane (CHF2CHF2), autrement connu sous le code RI 34a ; ledit fluide étant caractérisé en ce que sa composition, exprimée en fraction massique (kg/kg), est comprise dans les fourchettes suivantes :
C02 0,05 ± 0,02
R32 0,20 ± 0,05
RI 34a 0,70 ± 0,05.
2. Fluide frigorigène selon la revendication 1 caractérisé en ce que sa composition, exprimée en fraction massique (kg/kg), est comprise dans les fourchettes suivantes : C02 0,04 ± 0,005
R32 0,23 ± 0,005
RI 34a 0,73 ± 0,005.
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