Composiciones refrigerantes de alquenos fluorados.

Una composición líquida para uso en un sistema de refrigeración por compresión,

acondicionamiento de aire o bomba de calor que comprende:

(A) 1,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234ze) y

(B) un lubricante orgánico que comprende carbono, hidrógeno y oxígeno y que tiene una ratio de oxígeno respecto a carbono eficaz para proporcionar un grado de miscibilidad con dicho HFO-1234ze tal que cuando se añade hasta un 5% en peso de lubricante a dicho HFO-1234ze, la mixtura tiene una sola fase líquida al menos a una temperatura en el intervalo que va desde -40 ºC a +70 ºC, donde dicho lubricante es un éter vinílico

Composiciones refrigerantes de alquenos fluorados.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a composiciones utilizadas como fluidos de refrigeración en sistemas de refrigeración por compresión, acondicionamiento de aire y bombas de calor.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El uso de refrigerantes que contienen cloro, tales como clorofluorocarbonos (CFC's), hidroclorofluorocarbonos (HCFC's) y análogos, como refrigerantes en sistemas de acondicionamiento de aire y refrigeración ha llegado a ser rechazado debido a las propiedades de agotamiento del ozono asociadas con tales compuestos. Como resultado, se ha hecho deseable modificar los sistemas de refrigeración que contienen cloro por reemplazamiento de los refrigerantes clorados con compuestos refrigerantes no clorados que no agotan la capa de ozono, tales como los hidrofluo- rocarbonos (HFC's).

Para que cualquiera de los materiales sustitutivos sea útil en conexión con composiciones de refrigeración, los materiales tienen que ser compatibles con el lubricante utilizado en el compresor. Lamentablemente, muchos fluidos de refrigeración que no contienen cloro, con Inclusión de FIFC's, son relativamente insolubles y/o inmiscibles en los tipos de lubricantes utilizados tradicionalmente con CFC's y HFC's, que incluyen, por ejemplo, aceites minerales, alquilbencenos o poli(alfa-olefinas). Para que una combinación fluido refrigerante-lubricante funcione eficientemente en un sistema de refrigeración por compresión, acondicionamiento de aire o bomba de calor, el lubricante tiene que ser suficientemente soluble en el líquido de refrigeración a lo largo de una extensa gama de temperaturas de operación. Dicha solubilidad disminuye la viscosidad del lubricante y permite que el mismo fluya más fácilmente a través del sistema. En ausencia de dicha solubilidad, los lubricantes tienden a quedar alojados en los serpentines del eva- porador del sistema de refrigeración por compresión, acondicionamiento de aire o bomba de calor, y en otras partes del sistema, y reducen así la eficiencia del sistema.

Se han desarrollado aceites lubricantes de pollalqullengllcol, pollalquilenglicol esterificado, y poliol-ésteres como lubricantes miscibles para líquidos de refrigeración que contienen HFC. Lubricantes de refrigeración de polialquilen- glicol se describen en las Patentes U.S. No. 4.755.316; 4.971.712, y 4.975.212. Ésteres de polialquilenglicol se describen en la Patente U.S. No. 5.008.028. Los aceites lubricantes de pollalqullengllcol y polialquilenglicol-ésteres se describen como miscibles en fluoroalcanos que contienen uno o dos átomos de carbono y que están exentos de enlaces dobles.

Como consecuencia, los fluidos basados en fluorocarbonos han encontrado un uso generalizado en la industria para aplicaciones de sistemas de refrigeración, que incluyen sistemas de acondicionamiento de aire y asimismo en aplicaciones de bomba de calor, todos los cuales implican refrigeración por compresión. La refrigeración por conversión implica generalmente el cambio del fluido refrigerante de la fase líquida a la fase vapor por adsorción de calor a una presión relativamente baja y luego de la fase vapor a la fase líquida por sustracción de calora una presión elevada.

Mientras que el propósito primario de la refrigeración es sustraer energía a baja temperatura, el propósito primario de una bomba de calor es aportar energía a temperatura más alta. Las bombas de calor se consideran sistemas de ciclo inverso debido a que para el calentamiento, la operación del condensador se intercambia con la del evaporador de refrigeración.

La técnica está buscando continuamente nuevos fluidos puros basados en fluorocarbonos e hidrofluorocarbonos que ofrezcan alternativas para aplicaciones de refrigeración y bomba de calor. Los Solicitantes han llegado a la conclusión de que materiales basados en fluoro-olefinas (fluoroalquenos) son particularmente interesantes debido a que poseen características que hacen de ellos sustitutos ambientalmente más seguros que los fluoroalcanos (HFC's) utilizados actualmente, que a pesar de ser seguros para la capa de ozono resultan sospechosos de causar calentamiento global.

La Solicitante ha llegado a reconocer también que los sustitutos de composiciones de refrigeración para HFC's poseen preferiblemente en muchos casos ciertas propiedades de comportamiento para ser considerados sustitutos aceptables, que incluyen características aceptables de refrigeración, estabilidad química, toxicidad baja, ininflamabilidad, compatibilidad con los lubricantes y eficiencia durante el uso. La última característica es importante en muchos sistemas de refrigeración, sistemas de acondicionamiento de aire y aplicaciones de bomba de calor, especialmente cuando una pérdida en el comportamiento termodinámico de refrigeración o eficiencia energética puede tener impactos ambientales secundarios por el uso incrementado de combustibles fósiles debido a una demanda incrementada de energía eléctrica. Adicionalmente, sería ventajoso que los sustitutos de las composiciones de refrigeración HFC no requieran cambios técnicos fundamentales de la tecnología convencional de compresión de vapores y los sistemas lubricantes utilizados actualmente con los líquidos de refrigeración HFC.

La inflamabilidad es otra propiedad importante para muchas aplicaciones. A saber, se considera importante o esencial en muchas aplicaciones, con inclusión particularmente de las aplicaciones de transmisión de calor, utilizar com-

posiciones que sean ininflamables. Así, es frecuentemente ventajoso utilizar en tales composiciones compuestos que son ininflamables. Como se utiliza en esta memoria, el término "ininflamable" hace referencia a compuestos o composiciones que se comprueba son ininflamables de acuerdo con el estándar ASTM E-681, de fecha 2002, que se incorpora en esta memoria por referencia. Lamentablemente, muchos HFC's que podrían ser deseables por lo demás para ser utilizados en composiciones refrigerantes no son ininflamables. Por ejemplo, el fluoroalcano difluo- roetano (HFC-152a) y el fluoroalqueno 1,1,1-trifluoropropeno (HFO-1243zf) son ambos inflamables y por consiguiente no son viables para uso en muchas aplicaciones.

Fluoroalquenos superiores, es decir alquenos sustituidos con flúor que tienen al menos 5 átomos de carbono, han sido sugeridos para uso como refrigerantes. La Patente U.S. No. 4.788.352, de Smutry, está dirigida a la producción de compuestos fluorados C5 a Cs que tienen al menos cierto grado de insaturación. La patente de Smutny identifica tales olefinas superiores como compuestos conocidos que tienen utilidad como refrigerantes, plaguicidas, fluidos dieléctricos, fluidos de transmisión de calor, disolventes, y compuestos intermedios en diversas reacciones químicas.

Si bien las olefinas fluoradas descritas por Smutny pueden tener cierto nivel de eficacia en aplicaciones de transmisión de calor, se cree que dichos compuestos pueden presentar también ciertas desventajas. Por ejemplo, algunos de estos compuestos pueden tender a atacar algunos sustratos, particularmente los plásticos de uso general tales como resinas acrílicas y resinas ABS. Adicionalmente, los compuestos oleflnicos superiores descritos por Smutny pueden ser también indeseables en ciertas aplicaciones debido al nivel potencial de toxicidad de dichos compuestos que puede presentarse como resultado de la actividad plaguicida indicada en Smutny. Asimismo, tales compuestos pueden tener un punto de ebullición que es demasiado alto para hacerlos útiles como refrigerantes en ciertas aplicaciones.

US-A-3723318 describe propelentes y refrigerantes para aerosoles basados en trifluoropropeno.

US-A-5714083 describe un fluido refrigerante que comprende (1) uno o más hidrocarburos C1-C6; (2) hexafluoro- propileno (R-1216; y (3) un modificador de fricción constituido por un destilado nafténico ligero fuertemente hidrotra- tado.

EP-A-1191080 describe un refrigerante alternativo a los clorofluorocarbonos que comprende una mezcla de uno o más hexafluoropropilenos (R-1216), clorodifluorometano (R-22) y/u oxtafluoropropano (R-218) y uno o más hidrocarburos C1-C6.

US-A-6258292 describe un refrigerante alternativo a los clorofluorocarbonos y sus sustitutos tales como R-12 y R- 134a y para R-22, que comprende una mezcla de uno o más hexafluoropropilenos (R-1216) y R-22.

US 5053155 describe una mezcla de 10% a 100% de 1,1,2,2-tetrafluoroetano con al menos uno de 1,1,1,2- tetrafluoroetano y pentafluoroetano como refrigerante mezclado por un polialquilenglicol mono- o difuncional basado en al menos 80% de óxido de proplleno y que tiene una viscosidad SUS a 100°F (37,8°C) de 100 a 1200 para uso en refrigeración por compresión.

1. Una composición líquida para uso en un sistema de refrigeración por compresión, acondicionamiento de aire o bomba de calor que comprende:

(A) 1,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234ze) y

(B) un lubricante orgánico que comprende carbono, hidrógeno y oxígeno y que tiene una ratio de oxígeno

respecto a carbono eficaz para proporcionar un grado de miscibilidad con dicho HFO-1234ze tal que cuando se añade hasta un 5% en peso de lubricante a dicho HFO-1234ze, la mixtura tiene una sola fase líquida al menos a una temperatura en el intervalo que va desde -40 °C a +70 °C, donde dicho lubricante es un éter v¡- nílico.

2. Una composición como se define en la reivindicación 1, en donde dicho lubricante tiene una viscosidad com

prendida en el intervalo de aproximadamente 1 a aproximadamente 1.000 mm2s'1 (centistokes) a 37°C.

3. Una composición como se define en la reivindicación 2, en donde dicho lubricante tiene una viscosidad comprendida en el intervalo de aproximadamente 30 a aproximadamente 150 mm2s'1 (centistokes) a 37°C

4. Uso de un sistema de refrigeración de una composición líquida como se define en cualquiera de las reivindicacio- 15 nes precedentes, en donde el sistema de refrigeración se selecciona entre acondicionadores de aire, refrigeradores

eléctricos, frigoríficos, sistemas de refrigeración para el transporte y sistemas de refrigeración comerciales.

5. Uso de una composición líquida como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en un método para producir refrigeración.

6. Uso de una composición líquida como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en un método para 20 producir calentamiento.