Смесь хладагентов, не содержащая хлорфторуглеродов, для применения в многоступенчатых автокаскадных системах

Настоящее изобретение относится к смеси хладагентов для применения в многоступенчатых автокаскадных системах охлаждения сверхнизких и криогенных температур. В частности,настоящее изобретение относится к смеси хладагентов, содержащей один гидрохлорфторуглерод(HCFC), при этом основной состав содержит гидрофторуглероды (HFC), фторуглероды,углеводороды и природные газы. Конкретнее, настоящее изобретение относится к негорючей,нетоксичной смеси хладагентов, не содержащей хлорфторуглерода (CFC). Кроме того, целью настоящего изобретения является предоставление смеси хладагентов с низкой озоноразрушающей способностью (ODP) в сочетании с низким потенциалом глобального потепления (GWP). Область изобретения Настоящее изобретение относится к смеси хладагентов для применения в многоступенчатых автокаскадных системах охлаждения сверхнизких и криогенных температур. В частности, настоящее изобретение относится к смеси хладагентов, содержащей один гидрохлорфторуглерод (HCFC), при этом основной состав содержит гидрофторуглероды (HFC), фторуглероды, углеводороды и природные газы. Конкретнее, настоящее изобретение относится к негорючей, нетоксичной смеси хладагентов, не содержащей хлорфторуглерода (CFC). Кроме того, целью настоящего изобретения является предоставление смеси хладагентов с низкой озоноразрушающей способностью (ODP), в сочетании с низким потенциалом глобального потепления (GWP). Уровень техники В автокаскадных криогенных системах охлаждения с несколькими стадиями автокаскада в качестве хладагента применяются смеси газообразных хладагентов, содержащие текучие среды-компоненты, для охлаждения на различных стадиях автокаскада. Текучие среды-компоненты работают в разных диапазонах температур кипения хладагента для каждой стадии автокаскада. Такие текучие среды, как правило,представляют собой смесь из CFC, HFC, HCFC, фторуглеродов, углеводородов и природных газов. Применение таких смесей хладагентов в автокаскадных системах обеспечивает достижение сверхнизких температур наряду с хорошей эффективностью охлаждения. Большинство эффективных смесей текучих сред-хладагентов, в состав которых входят компоненты с CFC и/или HCFC, могут быть токсичными, огнеопасными, обладающими высокой ODP, а также могут иметь высокий потенциал глобального потепления; при этом все данные факторы также тормозят широкое использование таких смесей. Экологическая проблема, связанная с увеличением вредного воздействия на озоновый слой атмосферы, привела к попыткам значительного сокращения использования CFC хладагентов в промышленности. В некоторых смесях хладагентов, используемых на данное время, используются два или более HCFC компонента, что в результате приводит к высокой ODP. Переход на смеси хладагентов, не содержащие CFC, и уменьшение использования HCFC компонентов хладагентов влечет за собой трудности при использовании, заключающиеся в том, что температура на выходе и давление имеют склонность быть выше, чем необходимо, что приводит к уносу смазки и неисправностям системы; компрессор перегревается, как правило, вследствие недостаточного охлаждения, необходима замена смазки для обеспечения должного функционирования, при этом большинство смесей не предполагают быструю замену. В других созданных смесях хладагентов содержание огнеопасных и токсических газов высокое и это может быть фактором при рассмотрении данных смесей для регулярного применения, в основном изза возможных утечек при применении, а также из-за технического обслуживания. Ниже рассмотрено несколько документов из уровня техники: В документе US 5702632, озаглавленном "Non-CFC refrigerant mixture", описана охладительная секция теплообменника, используемая при циркуляции практически не содержащей CFC смеси хладагентов. Однако в вышеуказанном изобретении применяется высокое содержание хладагента, который является довольно огнеопасным, а также применяется R-142b, который является CFC, обладающим высокой ODP и имеющим высокий GWP. В документе US 6631625, озаглавленном "Non-HCFC refrigerant mixture for an ultra-low temperaturerefrigeration system", описаны способ и устройство охладительной секции теплообменника, используемой при циркуляции практически не содержащей HCFC смеси хладагентов. Однако данная смесь хладагентов представляет собой главным образом смесь хладагентов, не содержащую R-22, для применения при охлаждении до сверхнизких температур, предназначенную для установок, в которых используются масла на основе полиэфиров, при этом данная смесь не может применяться на более старых установках, в которых используются алкилбензольные масла. В документе US 20010042379 озаглавленном "Refrigerant blend free of R-22 for use in ultralow temperature refrigeration" описаны хладагенты, содержащие альтернативную замену для R-22 посредством новых смесей, например R-125 с R-124 и R-123, или R-125 с R-124 и R-218, или R-218 с R-124 вместоR-22. Однако вышеуказанный состав содержит более одного HCFC и имеет высокий GWP. В документе US 20050103028, озаглавленном "Non-CFC refrigerant mixture for an ultra-low temperature refrigeration system", описаны способ и устройство охладительной секции теплообменника, используемой при циркуляции практически не содержащей CFC смеси хладагентов. Однако в вышеуказанном изобретении применяется высокое содержание хладагента, который является довольно огнеопасным. Компонент R-142b, используемый в вышеуказанном изобретении, является CFC, обладающим высокойlow temperature throttle-cycle refrigeration systems" описаны хладагенты, содержащие альтернативную замену для HCFC посредством новых смесей, например R-236fa и R-125, или R-125 с R-245fa, или R-236ea,или R-134a с R-236fa вместо HCFC. Однако смесь хладагентов согласно вышеуказанному изобретению может применяться только в автокаскадных установках, в которых используются РОЕ масла, и не может применяться при быстрой замене в установках, в которых используются алкилбензольные масла. Таким образом, существует необходимость в предоставлении смеси хладагентов с очень низкой озоноразрушающей способностью, в сочетании с низким потенциалом глобального потепления. Целью настоящего изобретения является предоставление негорючей, нетоксичной смеси хладагентов, не содержащей CFC. Кроме того, существует необходимость в предоставлении смеси хладагентов, в состав которой входят коммерчески доступные газы, и которая также является совместимой с большинством стандартных холодильных масел и материалами компрессора. Цели изобретения Один или более недостатков уровня техники можно преодолеть посредством различных вариантов осуществления данного изобретения. Основной целью настоящего изобретения является предоставление смеси хладагентов для применения в многоступенчатых автокаскадных системах охлаждения сверхнизких и криогенных температур. Другой целью настоящего изобретения является предоставление смеси хладагентов, содержащей один гидрохлорфторуглерод (HCFC), при этом основной состав содержит гидрофторуглероды (HFC),фторуглероды, углеводороды и природные газы. Другой целью настоящего изобретения является предоставление смеси хладагентов, не содержащей хлорфторуглерода (CFC). Другой целью настоящего изобретения является предоставление смеси хладагентов, не содержащей хлорфторуглерода, которая является негорючей и нетоксичной. Другой целью настоящего изобретения является предоставление смеси хладагентов с очень низкой озоноразрушающей способностью, в сочетании с низким потенциалом глобального потепления. Другой целью настоящего изобретения является то, чтобы в смеси хладагентов использовался максимум один HCFC компонент. Другой целью настоящего изобретения является то, чтобы используемый HCFC имел только один атом хлора в молекуле. Другой целью настоящего изобретения является то, чтобы смесь хладагентов обеспечивала охлаждение в автокаскадной системе с двумя или более стадиями с получением большого перепада температур вплоть до сверхнизких/криогенных температур. Другой целью настоящего изобретения является то, чтобы смесь хладагентов обеспечивала достижение температуры охлаждения в диапазоне от -130 до -160 С. Другой целью настоящего изобретения является то, чтобы смесь хладагентов обеспечивала должное балансирование потоков хладагента, а также обеспечивала необходимую охлаждающую способность хладагентов в компрессоре. Другой целью настоящего изобретения является то, чтобы смесь хладагентов обеспечивала хорошие и сравнимые рабочие характеристики в современных автокаскадных установках, независимо от типа смазки и установок, в которых она применяется. Другой целью настоящего изобретения является то, чтобы смесь хладагентов была химически стабильной, чтобы в ее состав входили коммерчески доступные газы, и чтобы она была совместима с большинством стандартных холодильных масел и материалов компрессора. Другой целью настоящего изобретения является то, чтобы смесь хладагентов обладала озоноразрушающей способностью в диапазоне от 0,005 до 0,007, в сочетании с потенциалом глобального потепления в диапазоне от 3500 до 4300. Краткое описание изобретения Таким образом, согласно основному аспекту настоящего изобретения, предлагается смесь хладагентов, не содержащая хлорфторуглеродов (CFC), для применения в многоступенчатых автокаскадных системах, содержащая один гидрохлорфторуглерод (HCFC); гидрофторуглероды (HFC); фторуглероды; углеводороды; природные газы. В другом аспекте изобретения предлагается смесь хладагентов, не содержащая хлорфторуглеродов(CFC), для применения в многоступенчатых автокаскадных системах, содержащая по меньшей мере четыре хладагента из группы, состоящей из текучих сред-компонентов с высокими температурами кипения; по меньшей мере два хладагента из группы, состоящей из текучих сред-компонентов с низкими температурами кипения; по меньшей мере два хладагента из группы, состоящей из текучих сред-компонентов с криогенными температурами кипения. В другом аспекте настоящего изобретения текучие среды-компоненты с высокими температурами кипения включают В другом аспекте настоящего изобретения текучие среды-компоненты с низкими температурами кипения включают В другом аспекте настоящего изобретения текучие среды-компоненты с криогенными температурами кипения хладагента включают В другом аспекте настоящего изобретения смесь хладагентов является негорючей и нетоксичной. В другом аспекте настоящего изобретения смесь хладагентов обладает озоноразрушающей способностью (ODP) в диапазоне от 0,005 до 0,007. В другом аспекте настоящего изобретения смесь хладагентов имеет потенциал глобального потепления (GWP) в диапазоне от 3500 до 4300. В другом аспекте настоящего изобретения смесь хладагентов может применяться как в системах с алкилбензольными маслами, так и в системах с маслами на основе полиэфиров. В другом аспекте настоящего изобретения смесь хладагентов обеспечивает достижение температуры охлаждения в диапазоне от -130 до -160 С. В другом аспекте настоящего изобретения смесь хладагентов обеспечивает рабочую температуру компрессора ниже 28 С. В еще одном аспекте настоящего изобретения предлагается многоступенчатая автокаскадная система, используемая для циркуляции смеси хладагентов, не содержащей хлорфторуглеродов (CFC), содержащая компрессор; один или несколько конденсаторов; теплообменник; сепаратор; испаритель,отличающаяся тем, что содержит две или более стадии автокаскада,при этом смесь хладагентов сжимается в компрессоре как однородная смесь; при этом смесь хладагентов доставляется к конденсатору в виде однородной смеси; при этом жидкая фракция охлаждается теплообменником после каждой стадии капиллярного расширения; при этом на каждой стадии смесь хладагентов разделяется на смеси с более низкими температурами и конденсируется; при этом на заключительной стадии автокаскада смесь хладагентов дополнительно пропускается через испаритель для достижения заданной температуры. В другом аспекте настоящего изобретения отделенные высокотемпературные фракции текучих сред-хладагентов возвращаются в компрессор. В другом аспекте настоящего изобретения остаточная смесь хладагентов возвращается в компрессор. Подробное описание изобретения Как уже было описано, изобретение относится к смеси хладагентов для применения в многоступенчатых автокаскадных системах охлаждения низких температур (системы охлаждения сверхнизких и криогенных температур). Смесь хладагентов согласно настоящему изобретению содержит один гидрохлорфторуглерод (HCFC), при этом основной состав содержит гидрофторуглероды (HFC), фторуглероды, углеводороды и природные газы. Смесь хладагентов не содержит хлорфторуглеродов (CFC), и содержит только один HCFC-компонент с одним атомом хлора в молекуле наряду с остальными компонентами. Термин "углеводороды" (НС), используемый в данной заявке, относится к водороду (Н 2), метану(СН 4), этану (С 2 Н 6), этену (С 2 Н 4), пропану (С 3 Н 8), пропену (С 3 Н 6), бутану (С 4 Н 10) и циклобутану (С 4 Н 8). Термин "природные газы", используемый в данной заявке, относится к азоту (N2), аргону (Ar), углекислому газу (СО 2), гелию (Не), криптону (Кг), кислороду (O2), неону (Ne) и ксенону (Хе). Термин "криогенная температура", используемый в данной заявке, относится к температуре 150 К или ниже (-123 С или ниже). Термин "низкая озоноразрушающая способность", используемый в данной заявке, относится к озоноразрушающей способности менее 0,15, определенной Монреальским протоколом, согласно которому озоноразрушающая способность дихлорфторметана составляет 1. Термин "негорючая", используемый в данной заявке, относится к смеси с высокой температурой воспламенения, составляющей по меньшей мере 600 К или к негорючей смеси. Термин "нетоксичная", используемый в данной заявке, относится к смеси, не причиняющей кратковременного или постоянного вреда при обращении с ней в соответствии с допустимыми пределами воздействия. Термин "нормальная температура кипения", используемый в данной заявке, относится к температуре кипения при давлении 1 стандартная атмосфера, т.е. 14,696 фунтов на квадратный дюйм. Стандартное международное обозначение: "R-XXX" используется для обозначения газообразных хладагентов в данном документе. Целью настоящего изобретения является создание смеси хладагентов, которая может обеспечить охлаждение в автокаскадной системе с тремя или более стадиями с получением большого перепада температур вплоть до сверхнизких/криогенных температур. Смесь хладагентов была точно настроена с минимальным содержанием HCFC, в то же время обеспечивая должное балансирование потоков хладагента, а также обеспечивала необходимую охлаждающую способность хладагентов в компрессоре. Смесь хладагентов нетоксична, негорючая, обладает низкой озоноразрушающей способностью (ODP) в диапазоне от 0,005 до 0,007 и низким потенциалом глобального потепления (GWP) в диапазоне от 3500 до 4300. Все это было достигнуто посредством исключения использования CFC и посредством использования максимум одного HCFC компонента в смеси хладагентов. Состав смеси хладагентов содержит следующие газы в весовых соотношениях, как показано ниже. Смесь хладагентов согласно данному изобретению содержит:(a) 4 или более хладагента из группы, состоящей из текучих сред-компонентов с высокими температурами кипения;(b) 2 или более хладагента из группы, состоящей из текучих сред-компонентов с низкими температурами кипения;(c) 2 или более хладагента из группы, состоящей из текучих сред-компонентов с криогенными температурами кипения. Смесь хладагентов подходит для быстрой замены газообразной смеси хладагентов при использовании в автокаскадных системах. Смесь хладагентов нетоксична, химически стабильна, в ее состав входят коммерчески доступные газы, и она совместима с большинством стандартных холодильных масел и материалов совместима с большинством стандартных холодильных масел и материалов компрессора. Данная новая смесь хладагентов содержит только один компонент с коэффициентом ODP выше 0, например,HCFC, составляющий незначительную часть состава смеси. Благодаря такой характерной особенности,смесь хладагентов обладает низкой ODP и низким GWP. Смесь хладагентов представляет собой новую и уникальную газовую смесь для применения при многоступенчатом автокаскадном охлаждении до сверхнизких и криогенных температур. Смесь хладагентов может обеспечивать хорошие и сравнимые рабочие характеристики в современных автокаскадных установках, независимо от типа используемой смазки и независимо от того, предназначена ли установка для использования с содержащими CFC смесями, или с не содержащими CFC смесями. Смесь хладагентов также показывает хорошие рабочие характеристики в установках, предназначенных для HCFC,-5 025102HFC и фторуглеродных хладагентов. Смесь хладагентов применяется в установках, в которых реализован следующий способ создания охлаждения: начальное сжатие смеси хладагентов, охлаждение сжатой смеси хладагентов для получения охлажденной сжатой смеси хладагентов, расширение охлажденной сжатой смеси хладагентов и создание охлаждения для получения смеси хладагентов с более низкой температурой, содержащей часть начальной смеси, с одновременным нагревом смеси хладагентов с более низкой температурой, последовательное повторение процесса расширения до тех пор, пока не будет получена газовая фракция с самой низкой температурой, и возвращение нагретых газов каскада в компрессор. В еще одном аспекте настоящего изобретения предлагается многоступенчатая автокаскадная система, используемая для циркуляции смеси хладагентов, не содержащей хлорфторуглеродов. Смесь хладагентов сжимается как однородная смесь в холодильном компрессоре и после этого проходит через конденсатор, с последующим прохождением трех или более стадий автокаскада. Жидкая фракция охлаждается теплообменником после каждой стадии капиллярного расширения. Начальная смесь хладагентов разделяется на каждой стадии на последовательные подсмеси с более низкими температурами, которые конденсируются на каждой соответствующей стадии в пределах целесообразно узкого температурного диапазона подходящей стадии. Отделенная высокотемпературная фракция или фракции текучих средхладагентов возвращаются в компрессор после выполнения своих функций на соответствующих стадиях теплообмена. Заключительная стадия автокаскада содержит самый холодный газовый компонент или смесь, пропускаемые через испаритель, таким образом охлаждая его до необходимой требуемой температуры для необходимого процесса, требующего охлаждения. Остаточный хладагент последней стадии возвращается в компрессор после нагрева, как результат конечной охладительной нагрузки, таким образом закрывая контур хладагента. Применение данного изобретения в современном автокаскадном криогенном оборудовании обеспечивает в этом автокаскадном оборудовании достижение рабочих температур, давлений и мощностей охлаждения, сравнимых с оборудованием, в котором применяются известные на данный момент смеси хладагентов, без каких-либо изменений в оборудовании. Смесь хладагентов согласно настоящему изобретению также может применяться в установках, в которых используются как алкилбензольные масла,так и масла на основе полиэфиров. Настоящее изобретение обеспечивает достижение температуры охлаждения в диапазоне от -130 до -160 С. Настоящее изобретение позволяет пользователю получить различные преимущества, такие как: отсутствие необходимости в изменении конструкции холодильной установки, достижение хорошего показателя снижения температуры, отсутствие необходимости замены смазки, возможность осуществления быстрой замены хладагента, работа компрессора при рабочей температуре ниже 28 С, достижение рабочих характеристик установки, эквивалентных рабочим характеристикам установок, в которых используются стандартные CFC смеси хладагентов, а также достижение возможности применения хладагентов с низкой ODP и низким GWP. Данное изобретение полезно в таких областях, как охлаждение криокатушек вакуумных камер, охлаждение камер установок криогенной заморозки, охлаждение газовых потоков в научноисследовательских процессах, охлаждение воздушных потоков в криохирургии, охлаждение контейнеров для криогенных жидкостей, сжижение воздуха, криогенное измельчение пластмасс и пряностей, заморозка еды и лиофилизация. Вышеприведенные особенности нового состава обеспечивают значительное продление срока эксплуатации широкого спектра старых и современных автокаскадных установок. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Смесь хладагентов, не содержащая хлорфторуглеродов (CFC), для применения в многоступенчатых автокаскадных системах охлаждения сверхнизких и криогенных температур, содержащая только один гидрохлорфторуглеродный (HCFC) компонент, при этом смесь хладагентов содержит:(i) по меньшей мере четыре хладагента из группы, состоящей из(ii) по меньшей мере два хладагента из группы, состоящей из(iii) по меньшей мере два хладагента из группы, состоящей из 2. Смесь хладагентов, не содержащая хлорфторуглеродов (CFC), по п.1, отличающаяся тем, что работает как в системах с алкилбензольными маслами, так и в системах с маслами на основе полиэфиров. 3. Смесь хладагентов, не содержащая хлорфторуглеродов (CFC), по п.1, отличающаяся тем, что многоступенчатая автокаскадная система, работающая со смесью хладагентов, обеспечивает достижение температуры охлаждения в диапазоне от -130 до -160 С.