Composiciones de transferencia de calor.

Una composición de transferencia de calor que comprende trans-1,

3,3,3-tetrafluoropropeno (R-1234ze(E)),difluorometano (R-32) y 1,1-difluoroetano (R-152a)

Composiciones de transferencia de calor

La invención se refiere a composiciones de transferencia de calor y, en particular, a composiciones de transferencia de calor que pueden ser adecuadas como sustitutos para refrigerantes existentes tales como R-134a, R-152a, R5 1234yf, R-22, R-410A, R-407A, R-407B, R-407C, R507 y R-404a.

El listado o análisis de un documento publicado anteriormente o cualquier antecedente en la memoria descriptiva no debe considerarse necesariamente como admisión de que ese documento o antecedente es parte del estado de la técnica o es un conocimiento general común.

Los sistemas de refrigeración mecánica y los dispositivos de transferencia de calor relacionados, tales como bombas de calor y sistemas de acondicionamiento de aire son bien conocidos. En tales sistemas, un líquido refrigerante se evapora a baja presión tomando el calor de la zona que lo rodea. El vapor resultante se comprime después y se hace pasar a un condensador donde se condensa y despide calor hasta una segunda zona, devolviéndose el condensado a través de una válvula de expansión hasta el evaporador para completar el ciclo. La energía mecánica requerida para comprimir el vapor y bombear el líquido la proporciona, por ejemplo, un motor eléctrico o un motor de combustión interna.

Además de tener un punto de ebullición adecuado y un alto calor latente de vaporización, las propiedades preferidas de un refrigerante incluyen baja toxicidad, no inflamabilidad, no corrosividad, alta estabilidad y carencia de olor objetable. Otras propiedades deseadas son una fácil compresibilidad a presiones por debajo de 25 bar, una baja temperatura de descarga a compresión, una alta capacidad de refrigeración, una alta eficacia (alto coeficiente de rendimiento) y una presión en el evaporador mayor de 1 bar a la temperatura de evaporación deseada.

El diclorodifluorometano (refrigerante R-12) posee una combinación adecuada de propiedades y, durante muchos años, fue el refrigerante usado más ampliamente. Debido a la preocupación internacional de que los clorofluorocarbonos parcialmente halogenados estaban dañando la capa protectora de ozono de la Tierra, hubo un acuerdo general de que su fabricación y uso debería restringirse fuertemente y finalmente eliminarse progresivamente por completo. El uso de diclorodifluorometano se eliminó progresivamente en los años 90.

Se introdujo clorodifluorometano (refrigerante R-22) como un sustituto para el R-12 por su menor potencial de agotamiento de ozono. Debido a las preocupaciones de que el R-22 es un potente gas invernadero su uso también se está retirando progresivamente.

Aunque los dispositivos de transferencia de calor del tipo al que se refiere la presente invención son sistemas básicamente cerrados, la pérdida de refrigerante a la atmósfera puede ocurrir debido a fugas durante el funcionamiento del equipo o durante los procedimientos de mantenimiento. Por lo tanto, es importante sustituir los refrigerantes de clorofluorocarbono total y parcialmente halogenados por materiales que tengan potenciales de agotamiento de ozono cero.

Además de la posibilidad de agotamiento de ozono, se ha sugerido que concentraciones significativas de refrigerantes de halocarburo en la atmósfera pueden contribuir al calentamiento global (el denominado efecto invernadero) . Es deseable, por tanto, usar refrigerantes que tengan vidas útiles atmosféricas relativamente cortas como resultado de su capacidad de reaccionar con otros constituyentes atmosféricos, tales como radicales hidroxilo,

o como resultado de una degradación por procedimientos fotolíticos.

Los refrigerantes R-410A y R-407 (incluyendo R-407A, R-407B y R-407C) se han introducido como sustitutos del

refrigerante R-22. Sin embargo, los refrigerantes R-22, R-410A y R-407 tienen todos un potencial de calentamiento global alto (PCG, conocido también como GWP y potencial de calentamiento por efecto invernadero) .

Se introdujo 1, 1, 1, 2-tetrafluoroetano (refrigerante R-134a) como sustituto del refrigerante R-12. Sin embargo, a pesar de no tener un potencial de agotamiento de ozono significativo, el R-134a tiene un PCG de 1300. Sería deseable encontrar sustitutos para el R-134a que tengan un menor PCG.

El R-152a (1, 1-difluoroetano) se ha identificado como una alternativa al R-134a. Es algo más eficaz que el R-134a y tiene un potencial de calentamiento por efecto invernadero de 120. Sin embargo, la inflamabilidad del R-152a se juzga demasiado alta, por ejemplo para permitir su uso seguro en sistemas de acondicionamiento de aire móviles. En particular, se cree que su menor límite inflamable en aire es demasiado bajo, sus velocidades de llama son demasiado altas y su energía de ignición es demasiado baja.

Por lo tanto, hay una necesidad de proporcionar refrigerantes alternativos que tengan propiedades mejoradas tales como una baja inflamabilidad. La química de combustión de los fluorocarbonos es compleja e impredecible. No siempre se da el caso de que la mezcla de un fluorocarbono no inflamable con un fluorocarbono inflamable reduzca la inflamabilidad del fluido o reduzca el intervalo de composiciones inflamables en el aire. Por ejemplo, los inventores han descubierto que si se mezcla el R-134a no inflamable con el R-152a inflamable, el límite inflamable inferior de la 55 mezcla se altera de una manera que no es predecible. La situación se hace incluso más compleja y menos

predecible si se consideran composiciones ternarias o cuaternarias.

Hay también necesidad de proporcionar refrigerantes alternativos que pueden usarse en dispositivos existentes, tales como dispositivos de refrigeración con poca o ninguna modificación.

Se ha identificado el R-1234yf (2, 3, 3, 3-tetrafluoropropeno) como un refrigerante candidato alternativo para sustituir al R-134a en ciertas aplicaciones, en concreto acondicionamiento de aire móvil o aplicaciones de bombeo de calor. Su PCG es de aproximadamente 4. El R-1234yf es inflamable pero sus características de inflamabilidad se consideran, en general, aceptables para algunas aplicaciones, incluyendo acondicionamiento de aire móvil o bombeo de calor. En particular, cuando se compara con el R-152a, su límite inflamable inferior es más alto, su energía de ignición mínima es mayor y la velocidad de llama en aire es significativamente menor que la del R-152a.

El impacto ambiental de hacer funcionar un sistema de acondicionamiento o refrigeración de aire, en términos de las emisiones de los gases invernadero, debería considerarse con referencia no solo al denominado PCG "directo" del refrigerante, sino también con referencia a las denominadas emisiones "indirectas", lo que significa aquellas emisiones de dióxido de carbono resultantes del consumo de electricidad o combustible para hacer funcionar el sistema. Se han desarrollado diversas métricas de este impacto de PCG total, incluyendo aquellas conocidas como análisis del Impacto Total Equivalente sobre el Calentamiento (TEWI) o análisis del Ciclo de Vida de Producción de Carbono (LCCP) . Estas dos medidas incluyen la estimación del efecto del PCG del refrigerante y la eficacia energética sobre el impacto de calentamiento global.

Se ha descubierto que la eficacia energética y la capacidad de refrigeración de R-1234yf son significativamente menores que las del R-134a y, además, se ha descubierto que el fluido presenta una mayor caída de presión en las tuberías del sistema y los cambiadores de calor. Una consecuencia de esto es que usar R-1234yf y conseguir una eficacia energética y rendimiento de refrigeración equivalente a R-134a, aumentaba la complejidad del equipo y aumentaba el tamaño de las tuberías requeridas, conduciendo a un aumento en las emisiones indirectas asociadas con el equipo. Adicionalmente, se cree que la producción de R-1234yf es más compleja y menos eficaz en su uso de materias primas (fluoradas y cloradas) que R-134a. Por lo tanto, la adopción de R-1234yf para sustituir al R-134a consumirá más materias primas y dará como resultado mayores emisiones indirectas de gases invernadero que las de R-134a.

Puede que algunas tecnologías existentes diseñadas para R-134a no sean capaces de aceptar ni siquiera la inflamabilidad reducida de algunas composiciones de transferencia de calor (se cree que cualquier composición que tenga un PCG menor de 150 es inflamable en algún grado) .

Por lo tanto, un objetivo principal de la presente invención es proporcionar una composición de transferencia de calor que puede utilizarse por derecho propio o que sea adecuada como sustituto para los usos de refrigeración existentes que deberían tener un PCG reducido, y que aún tenga capacidad y eficacia energética (que puede expresarse... [Seguir leyendo]

1. Una composición de transferencia de calor que comprende trans-1, 3, 3, 3-tetrafluoropropeno (R-1234ze (E) ) , difluorometano (R-32) y 1, 1-difluoroetano (R-152a) .

2. Una composición de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende hasta aproximadamente el 25 % en peso de R-32.

3. Una composición de acuerdo con la reivindicación 1 o 2 que comprende hasta aproximadamente el 45 % en peso de R-152a.

4. Una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 que comprende de aproximadamente el 2 a aproximadamente el 25 % en peso de R-32, de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 45 % en peso de R-152a y de aproximadamente el 60 a aproximadamente el 95 % en peso de R-1234ze (E) .

5. Una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 que comprende de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 12 % en peso de R-32, de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 45 % en peso de R-152a y de aproximadamente el 43 a aproximadamente el 85 % en peso de R-1234ze (E) .

6. Una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 que comprende de aproximadamente el 8 a aproximadamente el 12 % en peso de R-32, de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 10 % en peso de R-152a y de aproximadamente el 78 a aproximadamente el 87 % en peso de R-1234ze (E) .

7. Una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores que consiste esencialmente en R32, R-152a y R-1234ze (E) .

8. Una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende adicionalmente 1, 1, 1, 2tetrafluoroetano (R-134a) , opcionalmente hasta aproximadamente el 50 % en peso de R-134a.

9. Una composición de acuerdo con la reivindicación 8 que comprende de aproximadamente el 2 a aproximadamente el 15 % en peso de R-32, de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 45 % en peso de R152a, de aproximadamente el 25 a aproximadamente el 50 % de R-134a y de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 70 % en peso de R-1234ze (E) .

10. Una composición de acuerdo con la reivindicación 8 o 9, que consiste esencialmente en R-32, R-152a, R1234ze (E) y R-134a.

11. Una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la composición tiene un PCG menor de 1000, preferentemente menor de 150.

12. Una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la composición es menos inflamable que R-32 solo, R-152a solo o R-1234yf solo, en donde opcionalmente la composición tiene:

a) un límite inflamable más alto; b) una energía de ignición más alta; y/o c) una velocidad de llama más baja

en comparación con R-32 solo, R-152a solo o R-1234yf solo, en donde opcionalmente la composición no es inflamable.

13. Una composición que comprende un lubricante y una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que opcionalmente el lubricante se selecciona entre aceite mineral, aceite se silicona, polialquil bencenos (PAB) , poliol ésteres (POE) , polialquilenglicoles (PAG) , ésteres de polialquilenglicoles (ésteres de PAG) , polivinil éteres (PVE) , poli (alfa-olefinas) y combinaciones de los mismos.

14. Una composición de acuerdo con la reivindicación 13 que comprende adicionalmente un estabilizador, en la que opcionalmente el estabilizador se selecciona entre compuestos basados en dieno, fosfatos, compuestos de fenol y epóxidos y mezclas de los mismos.

15. Una composición que comprende un retardante de llama y una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que opcionalmente el retardante de llama se selecciona entre el grupo que consiste en tri- (2-cloroetil) -fosfato, (cloropropil) -fosfato, tri- (2, 3-dibromopropil) -fosfato, tri- (1, 3-dicloropropil) -fosfato, fosfato diamónico, diversos compuestos aromáticos halogenados, óxido de antimonio, trihidrato de aluminio, policloruro de vinilo, un yodocarburo fluorado, un bromocarburo fluorado, trifluoro yodometano, perfluoroalquil aminas, bromofluoroalquil aminas y mezclas de los mismos.

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

17. Un dispositivo de transferencia de calor que contiene una composición como se ha definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16.

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

19. Un dispositivo de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 17 o 18 que es un dispositivo de refrigeración, opcionalmente seleccionado entre el grupo que consiste en sistemas de acondicionamiento de aire para automoción, sistemas de acondicionamiento de aire residenciales, sistemas de acondicionamiento de aire comerciales, sistemas de refrigeración residencial, sistemas de congelación residencial, sistemas de refrigeración comercial, sistemas de congelación comercial, sistemas de acondicionamiento de aire por enfriamiento, sistemas de refrigeración mediante enfriador y sistemas de bomba de calor comerciales o residenciales, en donde opcionalmente el dispositivo de transferencia de calor contiene un compresor.

20. Un agente de soplado que comprende una composición como se ha definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16.

21. Una composición espumable que comprende uno o más componentes capaces de formar espuma y una composición como se ha definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en la que el uno o más componentes capaces de formar espuma se seleccionan entre poliuretanos, polímeros termoplásticos y resinas, tales como poliestireno y resinas epoxi, y mezclas de los mismos, o una espuma que pueda obtenerse a partir de la composición espumable.

22. Una composición pulverizable que comprende un material a pulverizar y un propulsor que comprende una composición como se ha definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16.

23. Un procedimiento para enfriar un artículo que comprende condensar una composición como se ha definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16 y posteriormente evaporar la composición en las proximidades del artículo a enfriar.

24. Un procedimiento para calentar un artículo que comprende condensar una composición como se ha definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16 en las proximidades del artículo a calentar y posteriormente evaporar la composición.

25. Un procedimiento para extraer una sustancia de una biomasa que comprende poner en contacto la biomasa con un disolvente que comprende una composición como se ha definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, y separar las sustancia del disolvente.

26. Un procedimiento para limpiar un artículo que comprende poner en contacto el artículo con un disolvente que comprende una composición como se ha definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16.

27. Un procedimiento para extraer un material de una solución acuosa o una matriz sólida particulada que comprende poner en contacto la solución acuosa o la matriz sólida particulada con un disolvente que comprende una composición como se ha definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, y separar la sustancia del disolvente.

28. Un dispositivo de generación de energía mecánica que contienen una composición como se ha definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en donde opcionalmente el dispositivo está adaptado para usar un Ciclo de Rankine, o una modificación del mismo, para generar trabajo a partir de calor.

29. Un procedimiento para retroalimentar 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 ha definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en el que 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.

30. Un procedimiento para reducir el impacto ambiental que surge de la utilización de un producto que comprende un compuesto o composición existentes, comprendiendo el procedimiento reemplazar al menos parcialmente el compuesto o composición existentes con una composición como se ha definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en el que opcionalmente el producto se selecciona entre un dispositivo de transferencia de calor, un agente de soplado, una composición espumable, una composición pulverizable, un disolvente o un dispositivo de generación de energía mecánica, en el que opcionalmente el producto es un dispositivo de transferencia de calor, en el que opcionalmente el compuesto o composición existentes es una composición de transferencia de calor.

31. Un procedimiento para preparar una composición como se ha definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16 y/o un dispositivo de transferencia de calor como se ha definido en la reivindicación 18 o 19, composición o dispositivo de transferencia de calor que contienen R-134a, comprendiendo el procedimiento introducir R-1243ze (E) , R-32 y R-152a y opcionalmente un lubricante, un estabilizador y/o un retardante de llama en un dispositivo de

transferencia de calor que contiene un fluido de transferencia de calor existente que es R-134a, que comprende la etapa de retirar al menos parte del R-134a existente del dispositivo de transferencia de calor antes de introducir el R1243ze (E) , R-32, y R-152a, y opcionalmente el lubricante, el estabilizador y/o el retardante de llama.

32. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 30 en el que la composición de transferencia de calor es un refrigerante seleccionado entre R-134a, R-1234yf y R-152a.