Composiciones de transferencia de calor.

Una composición de transferencia de calor que comprende E-1,3,

3,3-tetrafluoroprop-1-eno (R1234ze(E)), R1243zf (3,3,3-trifluoropropeno) y R32 (difluorometano).

Composiciones de transferencia de calor

Campo de la invención La invención se refiere a composiciones de transferencia de calor y, en particular, a composiciones de transferencia de calor que pueden resultar apropiadas como sustitutivos de los refrigerantes existentes tales como R-134a, R152a, R-1234yf, R-22, R-410A, R-407A, R-407B, R-407C, R-507 y R-404a.

Los sistemas mecánicos de refrigeración y sus dispositivos de transferencia de calor relacionados tales como bombas de calor y sistemas de acondicionamiento de aire se conocen bien. En dichos sistemas, se evapora un líquido refrigerante a baja presión extrayendo calor de la zona circundante. Posteriormente, se comprime el vapor resultante y se hace pasar a un condensador en el que se condensa y libera calor a una segunda zona, haciendo que el condensado retorne a través de una válvula de expansión hasta el evaporador, completando el ciclo de este modo. La energía mecánica necesaria para comprimir el vapor y bombear el líquido se proporciona, por ejemplo, por medio de un motor eléctrico o un motor de combustión interna.

Además de tener un punto de ebullición apropiado y elevado calor latente de vaporización, las propiedades preferidas de un refrigerante incluyen baja toxicidad, naturaleza no inflamable, naturaleza no corrosiva, elevada estabilidad y ausencia apreciable de olor. Otras propiedades deseables son compresibilidad sencilla a presiones por debajo de 25 bares, baja temperatura de descarga tras la compresión, elevada capacidad de refrigeración, elevada eficacia (elevado coeficiente de rendimiento) y una presión del evaporador mayor de 1 bar a la temperatura de evaporación deseada.

Diclorofluorometano (refrigerante R-12) posee una combinación apropiada de propiedades y, durante muchos años, ha sido el refrigerante más ampliamente usado. Debido a la preocupación internacional acerca de que los clorofluorocarburos total y parcialmente halogenados, tales como diclorodifluorometano y clorodiflurometano, dañan la capa de ozono de protección de la Tierra, se ha acordado de manera general que su fabricación y uso deberían restringirse en gran medida y eliminarse progresivamente por completo. El uso de diclorodifluorometano se eliminó progresivamente en los años 90.

Se introdujo clorodifluorometano (R-22) como sustitutivo de R-12 debido a su menor potencial de agotamiento de ozono. Tras las cuestiones acerca de que R-22 es un potente gas de efecto invernadero, su uso también se ha eliminado de forma progresiva. Se han introducido R-410A y R-407 (incluyendo R-407A, R-407B y R-407C) como refrigerante sustitutivo de R-22. No obstante, R-22, R-410A y R-407 tienen todos un elevado potencial de calentamiento global (GWP, también conocido como potencial de calentamiento de efecto invernadero) .

Se introdujo 1, 1, 1, 2-tetrafluoroetano (refrigerante R-134a) como refrigerante sustitutivo de R-12. No obstante, a pesar de tener un bajo potencial de agotamiento de ozono, R134a tiene un potencial de calentamiento de efecto invernadero (GWP, también conocido como potencial de calentamiento global) de 1300. Sería deseable encontrar sustitutivos de R-134a que tengan un valor de GWP bajo.

Se ha identificado R-152a (1, 1-difluoroetano) como una alternativa a R-134a. En bastante más eficaz que R-134a y

tiene un potencial de calentamiento de efecto invernadero de 120. No obstante, la inflamabilidad de R-152a se considera demasiado elevada, por ejemplo para permitir su uso seguro en sistemas móviles de acondicionamiento de aire. En particular su límite inflamable inferior en aire es demasiado bajo, sus velocidades de llama son demasiado elevadas y su energía de ignición es demasiado baja.

Se ha identificado R-1234yf (2, 3, 3, 3-tetrafluoropropeno) como un refrigerante alternativo candidato para sustituir a R-134a en determinadas aplicaciones, en particular en la aplicación de bomba de calor o acondicionamiento de aire móvil. Su valor de GWP es de aproximadamente 4. El R-1234yf es inflamable pero sus características de inflamabilidad son consideradas generalmente como aceptables para algunas aplicaciones incluyendo bombas de calor o acondicionamientos de aire móviles. En particular, su límite inflamable inferior, energía de ignición y

velocidad de llama son significativamente menores que los de R-152a. No obstante, se ha encontrado que la eficiencia energética y la capacidad de refrigeración de R-1234yf son significativamente menores que las de R-134a y, además, se ha encontrado que el fluido exhibe una disminución de presión mayor en las tuberías del sistema y los intercambiadores de calor. Una consecuencia de esto es que para el uso de R-1234yf y la consecución de eficiencia energética y rendimiento de enfriamiento equivalente a R-134a, se requiere una mayor complejidad del equipo y un 60 tamaño mayor de las tuberías, lo cual conduce a un aumento de las emisiones indirectas asociadas al equipo. Además, se piensa que la producción de R-1234yf es más compleja y menos eficiente en cuanto a su uso de materias primas (fluoradas y cloradas) que R-134a. Por ello, la adopción de R-1234yf para sustituir a R-134a consume más materias primas y tiene como resultado mayores emisiones indirectas de gases de efecto invernadero que en el caso de R-134a.

Al tiempo que los dispositivos de transferencia de calor del tipo al cual se refiere la presente invención son esencialmente sistemas cerrados, puede tener lugar una pérdida de refrigerante debido a una fuga durante la operación del equipo o durante los procedimientos de mantenimiento. Por ello, es importante sustituir los refrigerantes de clorofluorocarburos parcial o completamente halogenados por materiales que tengan potenciales nulos de agotamiento de ozono.

Además de la posibilidad de agotamiento del ozono, se ha sugerido que las concentraciones significativas de refrigerantes de halo-carbono en la atmósfera podrían contribuir al calentamiento global (el denominado efecto invernadero) . Resulta deseable, por tanto, el uso de refrigerantes que tengan vidas atmosféricas relativamente reducidas como resultado de su capacidad para reaccionar con otros constituyentes atmosféricos tales como radicales hidroxilo o como resultado de la degradación sencilla a través de procesos fotolíticos.

Debería considerarse el impacto ambiental de la operación de un sistema de refrigeración o de acondicionamiento de aire, en términos de emisiones de gases de efecto invernadero, con referencia no solo al "denominado" valor de GWP "directo" del refrigerante, sino también con referencia a las denominadas emisiones "indirectas", lo que hace referencia a esas emisiones de dióxido de carbono procedentes del consumo de electricidad o combustible para operar el sistema. Se han desarrollado varias métricas de este impacto total de GWP, incluyendo las conocidas como análisis de Impacto de Calentamiento Equivalente Total (TEWI) , o análisis de Producción de Carbono de Ciclo de Vida de Carbono (LCCP) . Ambas de estas medidas incluyen la estimación del efecto del GWP de refrigerante y la eficiencia energética sobre el impacto de calentamiento global.

Es necesario proporcionar refrigerantes alternativos que tengan propiedades mejoradas, tales como baja inflamabilidad. La química de combustión de los fluorocarburos es compleja e impredecible. No siempre es el caso que la mezcla de un fluorocarburo no inflamable con un fluorocarburo inflamable reduce la inflamabilidad del fluido.

Por ejemplo, los inventores han encontrado que si se mezcla R-134a no inflamable con R-152a inflamable, se puede reducir el límite inflamable inferior de la mezcla con respecto a R-152a puro (es decir, la mezcla puede ser más inflamable que R-152a puro) . La situación se vuelve más compleja y menos predecible si se consideran composiciones ternarias o cuaternarias.

También es necesario proporcionar refrigerantes alternativos que se puedan usar en los dispositivos existentes tales como dispositivos de refrigeración con escasa o nula modificación.

R-1243zf es un refrigerante de baja inflamabilidad, y tiene un valor de GWP relativamente bajo. Su punto de ebullición, temperatura crítica, y otras propiedades lo convierten en una alternativa a refrigerantes con valor de GWP

superior tales como R-134a, R-410a y R-407. El R-1243zf (también conocido como HFC1243zf) es 3, 3, 3trifluoropropeno (CF3-CH=CH2) .

No obstante, las propiedades de 1243zf son tales que no resulta ideal como sustitutivo directo para los refrigerantes existentes tales como R-134a, R-410a y R-407. En particular, su capacidad es demasiado baja, por lo cual se entiende que un dispositivo de refrigeración o un sistema de acondicionamiento de aire que tenga un desplazamiento fijo del compresor... [Seguir leyendo]

1. Una composición de transferencia de calor que comprende E-1, 3, 3, 3-tetrafluoroprop-1-eno (R1234ze (E) ) , R1243zf

(3, 3, 3-trifluoropropeno) y R32 (difluorometano) . 5

2. Una composición de acuerdo con la reivindicación 1, que contiene de aproximadamente un 5 a aproximadamente un 95 % en peso de R1234ze (E) , basado en el peso total de la composición, y/o que contiene de aproximadamente un 5 a aproximadamente un 95 % en peso de R-1234zf, basado en el peso total de la composición, y/o que contiene de aproximadamente un 1 a aproximadamente un 40 % en peso de R32, basado en el peso total de la composición.

3. Una composición de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, que contiene de aproximadamente un 5 a aproximadamente un 15 % de R32 en peso, de aproximadamente un 5 a aproximadamente un 95 % de R1234ze (E) en peso, y de aproximadamente un 5 a aproximadamente un 95 % de R1234zf en peso, basado en el peso total de la composición .

4. Una composición de acuerdo con la reivindicación 3, que contiene de aproximadamente un 5 a aproximadamente un 50 % de R1234ze (E) en peso, y de aproximadamente un 35 a aproximadamente un 90 % de R1243zf en peso.

5. Una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende un cuarto

componente (iv) seleccionado entre R134a (1, 1, 1, 2-tetrafluoroetano) , R125 (pentafluoroetano) , R1234yf (2, 3, 3, 3tetrafluoropropeno) y sus mezclas.

6. Una composición de acuerdo con la reivindicación 5 en la que el cuarto componente es R134a, en donde opcionalmente el cuarto componente está presente en una cantidad de aproximadamente un 1 a aproximadamente 25 un 70 % en peso, basado en el peso total de la composición.

7. Una composición de acuerdo con la reivindicación 6, que contiene de aproximadamente un 1 a aproximadamente un 15 % de R32 en peso, de aproximadamente un 1 a aproximadamente un 15 % de R134a en peso, de aproximadamente un 5 a aproximadamente un 95 % de R1234ze (E) en peso, y de aproximadamente un 5 a aproximadamente un 95 % de R1243zf en peso, basado en el peso total de la composición.

8. Una composición de acuerdo con la reivindicación 7, que contiene de aproximadamente un 5 a aproximadamente un 50 % de R1234ze (E) en peso, y de aproximadamente un 25 a aproximadamente un 92 % de R1243zf en peso.

9. Una composición de acuerdo con la reivindicación 6 que contiene de aproximadamente un 1 a aproximadamente un 10 % de R32 en peso, de aproximadamente un 40 a aproximadamente un 70 % de R134a en peso, de aproximadamente un 10 a aproximadamente un 40 % de R1234ze (E) en peso, y de aproximadamente un 5 a aproximadamente un 40 % de R1243zf en peso, basado en el peso total de la composición.

10. Una composición de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, en donde la composición es menos inflamable que R1243zf solo en donde la composición tiene:

(a) un límite inflamable más elevado;

(b) una energía de ignición más elevada; y/o

(c) una velocidad de llama más baja en comparación con R1243zf solo, opcionalmente en donde la composición es no inflamable.

11. Una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores que además comprende un lubricante, en la que opcionalmente el lubricante está seleccionado entre aceite mineral, aceite de silicona, polialquil

bencenos (PABs) , poli (ésteres de alcohol) (POEs) , polialquilen glicoles (PAGs) , poli (ésteres de alquilen glicol) (ésteres de PAG) , poli (éteres de vinilo) (PVEs) , poli (alfa-olefinas) y sus combinaciones.

12. Una composición de acuerdo con la reivindicación 11, que además comprende un estabilizador, en la que opcionalmente el estabilizador está seleccionado entre compuestos a base de dieno, fosfatos, compuestos de fenol 55 y epóxidos, y sus mezclas.

13. Una composición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores que además comprende un retardador de llama adicional, en la que opcionalmente el retardador de llama adicional está seleccionado entre el grupo que consiste en tri- (2-cloroetil) -fosfato, fosfato de (cloropropilo) , tri- (2, 3-dibromopropil) -fosfato, tri- (1, 3-dicloropropil)

fosfato, fosfato de diamonio, diversos compuestos aromáticos halogenados, óxido de antimonio, trihidrato de aluminio, poli (cloruro de vinilo) , un yodocarburo fluorado, un bromocarburo fluorado, trifluoro yodometano, perfluoroalquil aminas, bromo-fluoroalquil aminas y sus mezclas.

14. Una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores que es una composición de 65 refrigerante.

15. Un dispositivo de transferencia de calor que contiene una composición como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.

16. Uso de una composición definida en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 en un dispositivo de transferencia 5 de calor.

17. Un dispositivo de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 15, que es un dispositivo de refrigeración, opcionalmente seleccionado entre el grupo que consiste en sistemas de acondicionamiento de aire para automóviles, sistemas de acondicionamiento de aire residenciales, sistemas de acondicionamiento de aire comerciales, sistemas de refrigeración residenciales, sistemas de congelación residenciales, sistemas de refrigeración comerciales, sistemas de congelación comerciales, sistemas enfriadores de acondicionamiento de aire, sistemas enfriadores de refrigeración y sistemas de bomba de calor residenciales o comerciales, en donde opcionalmente el dispositivo de transferencia de calor contiene un compresor.

18. Un agente de soplado que comprende una composición como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.

19. Una composición apta para formación de espuma que comprende uno o más componentes capaces de formar espuma y una composición como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en donde uno o más componentes capaces de formar espuma están seleccionados entre poliuretanos, polímeros termoplásticos y resinas, tales como poliestireno, y resinas epoxi, y sus mezclas, o una espuma que se puede obtener a partir de la composición apta para formación de espuma.

20. Una composición apta para pulverización que comprende material que hay que pulverizar y un propulsor que 25 comprende una composición como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.

21. Un método de enfriamiento de un artículo que comprende condensar una composición definida en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 y posteriormente evaporar la composición en las proximidades del artículo que se pretende enfriar.

22. Un método de calentamiento de un artículo que comprende condensar una composición como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en las proximidades del artículo que se pretende calentar y posteriormente evaporar la composición.

23. Un método de extracción de una sustancia a partir de biomasa que comprende poner en contacto la biomasa con un disolvente que comprende una composición como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, y separar la sustancia del disolvente.

24. Un método de limpieza de un artículo que comprende poner en contacto el artículo con un disolvente que comprende una composición como se define en cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 14.

25. Un método de extracción de un material a partir de una solución acuosa o de una matriz de sólidos en forma de partículas, que comprende poner en contacto la solución acuosa con un disolvente o una matriz sólida en forma de partículas que comprende una composición como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, y separar el

material del disolvente.

26. Un dispositivo de generación de energía mecánica que contiene una composición como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que opcionalmente el dispositivo se adapta para usar un Ciclo de Rankine o una de sus modificaciones, para generar trabajo a partir de calor.

27. Un método de retro-ajuste de un dispositivo de transferencia de calor que comprende la etapa de retirar un fluido de transferencia de calor existente, e introducir una composición como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en donde opcionalmente el dispositivo de transferencia de calor es un dispositivo de refrigeración, en donde el dispositivo de transferencia de calor es un sistema de acondicionamiento de aire.

28. Un método para reducir el impacto medioambiental que surge de la operación de un producto que comprende un compuesto o una composición existentes, comprendiendo el método sustituir al menos parcialmente el compuesto o la composición existentes por una composición como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en donde opcionalmente el producto está seleccionado entre un dispositivo de transferencia de calor, un agente de soplado, una composición apta para formación de espuma, una composición apta para pulverización, un disolvente o un dispositivo de generación de energía mecánica, en donde opcionalmente el producto es un dispositivo de transferencia de calor, en el que opcionalmente el compuesto o la composición existentes son una composición de transferencia de calor.

29. Un método de acuerdo con la reivindicación 28, en el que la composición de transferencia de calor es un refrigerante seleccionado entre R134a, R1234yf y R152a, R22, R410A, R407A, R407B, R407C, R507 y R404a.