Natural refrigerants are favored by the future

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: Reducing the harmful impact on the environment is a promising way to the development of low-temperature technology. According to the amendment to the Montreal Agreement, approved by the Russian Federation, the use of hydrofluorocarbons should be reduced by 85% by 2036.

AIMS: To justify the use of hydrocarbons as refrigerants in terms of their effectiveness.

MATERIALS AND METHODS: Here, we have studied the losses of refrigeration plants at different temperature levels (refrigerant boiling points of −25 °С, −18 °С, and −13 °С), while working with the refrigerants R134a, R404A, R1270, and R290 using the entropy-statistical method of thermodynamic analysis.

RESULTS: Experimental results revealed that the natural refrigerants, R1270 and R290 have higher efficiency than the conventional refrigerants R134a and R404A. The values of the cooling coefficient under adiabatic compression are higher by 16.28%, 1.81%, and 1.14% compared to R404A, R1270, and R290, respectively, for installation with a boiling point of −13 °C. Similarly, for installation with a boiling point of −18 °C, these values are higher by 16.84%, 1.13%, and 0.58% compared to R404A, R1270, and R290, respectively. Furthermore, for installation with a boiling point of −25 °C, the values of the cooling coefficient under adiabatic compression are higher by 18.53%, 0.8%, and 0.43% compared to R404A, R1270, and R290, respectively.

In addition, the degree of thermodynamic perfection for R290 is higher by 27.99%, 19.2%, and 14.79% compared to R134a, R404A, and R1270, respectively, for a boiling point of −13 °C. Similarly, for R290 and a boiling point of −18 °C, it is higher by 21.25%, 14.71%, and 9.9% compared to R134a, R404A, and R1270, respectively.Furthermore, for R290 and a boiling point of −25 °C, it is higher by 27.94%, 11.44%, and 3.61% compared to R134a, R404A, and R1270, respectively.

In this study, data on the production of hydrocarbon refrigerants, in particular R1270 and R290, under the Russian Federation are presented. Moreover, quality indicators and the main areas of application for the same are provided here.

CONCLUSIONS: The results of the analysis showed the prospects of using natural refrigerants (R1270 and R290) and allowed us to assess different ways to improve the refrigeration plants.

About the authors

Vladimir G. Ponomarev

LLC «NPP Sintez»

Email: info@nppsintez.com

Cand. Sci. (Chem.)

Russian Federation, Perm

Maxim S. Talyzin

International Academy of Refrigeration

Author for correspondence.
Email: talyzin_maxim@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7244-1946
SPIN-code: 6524-3085

Cand. Sci. (Tech.)

Russian Federation, Moscow

References

  1. Tsvetkov OB, Baranenko AV, Laptev YuA, et al. Ozone-friendly refrigerants. Scientific journal NRU ITMO. Series: Refrigeration and air conditioning. 2014;3:98–111. (in Russ).
  2. Talyzin MS. Alternative refrigerants – problems and prospects. Dairy industry. 2021;12:36–37. (in Russ).
  3. Modern alternative refrigerants for the long term and their possible areas of application. Refrigeration technology. 2016;105(6):4–9. (in Russ).
  4. Artemenko SV, Semenyuk YuV, Zhelezny VP. Assessment of the thermodynamic efficiency of azeotropic refrigerant mixtures with low values of the global warming potential. Technical gases. 2010;1:61–68. (in Russ).
  5. Babakin BS, Babakin SB, Belozerov AG, et al. Natural mixed refrigerants. Dairy industry. 2017;12:40–42. (in Russ).
  6. Flammable refrigerants. 36th Refrigeration Information Note (February 2018). Refrigeration technology. 2018;107(5):4–8. (in Russ).
  7. Sivakumar M, Somasundaram P, Thangavel P. Exergy and performance analysis of three stage auto Refrigerating Cascade (3 stage ARC) system using Zeotropic mixture of eco-friendly refrigerants. International Review of Mechanical Engineering. 2014;8(1):124–134. doi: 10.1016/j.enconman.2014.04.076
  8. Babakin BS, Belozerov AG, Babakin SB, et al. Modern environmentally friendly refrigerants for agricultural enterprises. Meat technologies. 2019;5(197):44–47. doi: 10.33465/2308-2941-2019-5-44-46 (in Russ).
  9. Singh KK, Kumar R, Gupta A. Comparative energy, exergy and economic analysis of a cascade refrigeration system incorporated with flash tank (HTC) and a flash intercooler with indirect subcooler (LTC) using natural refrigerant couples. Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2020;39:100716. doi: 10.1016/j.seta.2020.100716
  10. Xu B, Chen J, Qi Z, et al. Experimental study of the characteristics of household air conditioners on R290. Refrigeration technology. 2013;102(2):10–13. (in Russ).
  11. Alam MS, Jeong JH. Comparative molecular dynamics simulations of homogeneous condensation of refrigerants. Int. J. Thermal Sci. 2019;141:187–198. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2019.04.001
  12. Alam MS, Jeong JH. Analysis of phase transition, structural and dynamical properties of R290 using molecular dynamics simulation. J. Mech. Sci. Tech. 2020;34(10):4345–4353. doi: 10.1007/s12206-020-0924-7
  13. Transfer of commercial and transport refrigeration equipment sectors to ozone-friendly refrigerants and blowing agents, taking into account international experience. Refrigeration technology. 2015;104(10):40–43. (in Russ).
  14. Madhu Sruthi Emani, Bijan Kumar Mandal. The Use of Natural Refrigerants in Refrigeration and Air Conditioning Systems: A Review. J. Phys. Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2018;377:012064. doi: 10.1088/1757-899X/377/1/012064
  15. Sai C. Yelishala, Kumaran Kannaiyan, Ziyu Wang, et al. Thermodynamic Study on Blends of Hydrocarbons and Carbon Dioxide as Zeotropic Refrigerants. J. Energy Resour. Technol. 2020. Vol. 142, N 8. P. 082304. doi: 10.1115/1.4045930
  16. Arkharov AM, Shishov VV, Talyzin MS. Comparison using entropy-statistical analysis of transcritical cycles on CO2 with cycles on traditional refrigerants for refrigeration systems of trade enterprises. Refrigeration technology. 2017;2:34–41. (in Russ).
  17. Shishov VV, Talyzin M.S. Efficiency of refrigeration equipment on natural refrigerants. Chemical and Petroleum Engineering. 2020;56(5–6):385–392.
  18. Arkharov AM. Fundamentals of cryology. Entropy-Statistical Analysis of Low-Temperature Systems. Moskva: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana; 2014. (in Russ).
  19. Fan C, Yan G, Yu J. Thermodynamic analysis of a modified solar assisted ejector-compression heat pump cycle with zeotropic mixture R290/R600a. Applied Thermal Engineering. 2019;150:42–49. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2019.01.011

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Circuit diagram of the cycle. КМ – compressor, Кд – condenser, И – evaporator, РВ – control valve.

Download (47KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Distribution of power losses in the elements of the refrigeration plant with a boiling point of −25 °С, W.

Download (46KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Distribution of power losses in the elements of the refrigeration plant with a boiling point of −18 °С, W.

Download (54KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Distribution of power losses in the elements of the refrigeration plant with a boiling point of −13 ° С, W.

Download (49KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2022 Ponomarev V.G., Talyzin M.S.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».