Composiciones refrigerantes y uso de las mismas en sistemas de refrigeración de baja temperatura.

Un procedimiento para producir refrigeración de baja temperatura en un sistema de refrigeración,

comprendiendodicho procedimiento las etapas de:

i) condensar una composición refrigerante que comprende (a) 28-32% en peso de difluorometano (HFC-32),(b) 28-32% en peso de pentafluoretano (HFC-125) y (c) 38-42% en peso de tetrafluoroetano (HFC-134a); y

ii) evaporar la composición en la proximidad de un cuerpo a ser refrigerado,

en donde la temperatura del evaporador del sistema de refrigeración se encuentra por debajo de 0ºC(32ºF).

Composiciones refrigerantes y uso de las mismas en sistemas de refrigeración de baja temperatura Campo de la invención Esta invención se refiere a la sustitución del refrigerante clorodifluorometano (HCFC-22 o R-22) agotador de ozono para aplicaciones de calentamiento y refrigeración, especialmente en sistemas refrigerantes de baja temperatura, y a un procedimiento para adaptar un sistema refrigerante de baja temperatura que contiene el refrigerante HCFC-22 con una composición refrigerante sin la necesidad de modificación importante alguna de los componentes o lubricantes de los sistemas refrigerantes, pero siendo capaz de obtener al menos un 90%, preferiblemente al menos un 95% de las características operativas de la composición R-22 en sistemas refrigerantes de este tipo. La invención se refiere también a un procedimiento para usar composiciones refrigerantes de sustitución R-22 de este tipo en otros sistemas capaces de utilizar composiciones de refrigerantes R-22 tales como sistemas de reciente diseño.

Antecedentes de la invención Sistemas de refrigeración mecánicos y dispositivos de transferencia de calor relacionados tales como bombas de calor y acondicionadores de aire que utilizan líquidos refrigerantes son bien conocidos en la técnica para usos industriales, comerciales y domésticos. Los clorofluorocarburos (CFCs) se desarrollaron en los años 1930 como refrigerantes para sistemas de este tipo. Sin embargo, desde los años 1980 el efecto de los CFCs sobre la capa de ozono de la estratosfera se ha convertido en foco de gran atención. En 1987, un cierto número de gobiernos firmó el Protocolo de Montreal para proteger al medio ambiente global, estableciendo un programa para eliminar gradualmente los productos de CFC. Los CFCs fueron reemplazados por materiales más aceptables para el medioambiente que contienen hidrógeno o hidroflurocarburos (HCFCs) . Modificaciones subsiguientes al Protocolo de Montreal aceleraron la eliminación gradual de estos CFCs y también programaron la eliminación gradual de HCFCs. Por lo tanto, existe un requisito para una alternativa no inflamable y no tóxica para reemplazar estos CFCs y HCFCs. En respuesta a dicha demanda, la industria ha desarrollado un cierto número de hidrofluorocarburos (HFCs) con un potencial cero de agotamiento del ozono.

La importancia de sistemas de refrigeración, especialmente sistemas de refrigeración de baja temperatura para las industrias de fabricación, distribución y de venta al por menor de alimentos es fundamental. Este tipo de sistemas juegan un papel vital para asegurar que los alimentos que llegan al consumidor sean tanto frescos como adecuados para ser comidos. En sistemas de refrigeración de baja temperatura de este tipo, el refrigerante popular empleado ha sido clorodifluorometano (R-22 o HCFC-22) que tiene un potencial agotador de ozono y que será eliminado gradualmente por completo.

Un cierto número de publicaciones de patente ha sugerido sustituciones para HCFC-22. Es decir, estas publicaciones de patente han sugerido refrigerantes o composiciones de refrigerantes que pueden utilizarse en lugar de HCFC-22 en sistemas de refrigeración nuevos a construir o instalar. Entre dichas publicaciones de patente se pueden mencionar las patentes de EE.UU. Nºs US 5.185.094, US 5.370.811, US 5.438.849, US 5.643.492, US 5.709.092, US 5.722.256, US 6.018.952, US 6.187.219 B1, US 6.606.868 B1, US 6.669.862 B1, la solicitud de EE.UU. publicada Nº US 2004/00691091 A1, y las solicitudes europeas publicadas Nºs EP 0 430 169 A1, EP 0 509 673 A1 y EP 0 811 670 A1. Aunque todas las patentes de EE.UU. y solicitudes EP publicadas mencionadas describen mezclas ternarias de difluorometano (HFC-32) , pentafluoroetano (HFC-125) y tetrafluoroetano (HFC-134a) para uso en sistemas de refrigeración o acondicionamiento de aire, no acometen la capacidad de reemplazar HCFC22 en los sistemas de refrigeración de R-22 existentes o sistemas adecuados para uso con un refrigerante R-22, particularmente en sistemas de refrigeración de baja temperatura, al tiempo que se obtiene al menos aproximadamente 90%, preferiblemente al menos aproximadamente 95% de las características operativas de R-22 sin la necesidad de modificación alguna del sistema, especialmente sin la necesidad de un ajuste ni sustitución de la válvula de expansión del sistema de refrigeración de baja temperatura. Ejemplos comparativos proporcionados más adelante en la presente descripción de esta solicitud demuestran que composiciones terciarias dentro del alcance de la descripción de la técnica anterior no son adecuadas para uso en sistemas de refrigeración de R-22 de baja temperatura. Esas composiciones de la técnica anterior no obtienen al menos aproximadamente 90% de las características operativas de R-22 con el fin de permitir utilizar estas composiciones en sistemas de refrigeración de R-22 de baja temperatura a lo largo de un amplio intervalo de temperaturas de refrigeración baja y temperaturas ambiente sin la necesidad de modificación del sistema.

La patente de EE.UU. Nº 6.526.764 describe composiciones de refrigerantes que son solubles en un agente solubilizante seleccionado de butano, isobuteno, pentano, dimetil-éter y mezclas de los mismos. Se dice que estas composiciones refrigerantes son útiles como composiciones de adaptación de R-22. Sin embargo, las composiciones de adaptación de R-22 descritas en este documento se describen sólo como adecuadas para la adaptación de R-22 en sistemas de refrigeración de alta temperatura tales como sistemas de acondicionamiento de aire (véanse los Ejemplos 2-7) . El documento ni describe ni contempla la adaptación de R-22 para la refrigeración a baja temperatura, es decir, la refrigeración que mantiene la temperatura de un evaporador por debajo de 0ºC (32ºF) .

La sustitución de R-22 en condiciones de refrigeración de baja temperatura es completamente diferente y comprende un conjunto totalmente distinto de condiciones y problemas que el de adaptar R-22 a refrigeración de alta temperatura tal como en sistemas de acondicionamiento de aire. Composiciones refrigerantes que tienen características de comportamiento aceptables en sistemas de temperatura de evaporación elevada (p. ej. acondicionamiento de aire) no tendrán necesariamente características de comportamiento adecuadas o aceptables en sistemas de baja temperatura de evaporación. La capacidad de refrigeración puede caer y las válvulas de expansión pueden no funcionar satisfactoriamente. Esto se debe generalmente a una menor presión del vapor y a una menor densidad del vapor de la composición refrigerante en el punto de succión del compresor del sistema de refrigeración. Por ejemplo, una composición cuyo comportamiento sea aceptable en sistemas de temperatura de evaporación elevada (p. ej. sistemas de acondicionamiento de aire) puede tener una caída significativa en la capacidad de refrigeración y las válvulas de expansión pueden permitir, de forma inaceptable, que el líquido pase a través del compresor debido a que la composición de refrigeración tiene una pendiente de la presión de vapor frente a la temperatura mayor que R-22.

Con el fin de adaptar un sistema de refrigeración de baja temperatura existente, empleando un refrigerante HCFC-22 con un refrigerante de sustitución, es necesario que las características operativas del refrigerante de sustitución, tal como sobrecalentamiento del evaporador, capacidad de refrigeración, caudal másico del refrigerante, eficacia, presión y consumo de energía sean sustancialmente idénticas a las del refrigerante HCFC-22 que está siendo reemplazado. Esta casi equiparación de las propiedades del refrigerante de reemplazo con las de HCFC-22 es esencial para su uso en sistemas de refrigeración de baja temperatura existentes de este tipo, o sistemas diseñados para utilizar refrigerante R-22, sin necesitar de una sustitución ni modificación del equipo, p. ej. sustitución o modificación de las válvulas de expansión del sistema de refrigeración de baja temperatura. Las soluciones sugeridas por la industria para las sustituciones de R-22 tales como refrigerantes R-407A y R-407C, no resuelven este problema, ya que requieren una modificación de los sistemas en un intento de equipararse con las características operativas de R-22.

Sumario de la invención De acuerdo con la presente invención, un procedimiento para producir refrigeración de baja temperatura en un sistema de refrigeración de baja temperatura comprende las etapas de:

(a) condensar una composición que comprende (a) 28-32% en peso de HFC-32, (b) 28-32% en peso de HFC-125 y (c) 38-42% en peso de HFC-134a; y

(b) evaporar la composición en la proximidad de un cuerpo a ser refrigerado, en donde la temperatura del evaporador del sistema de refrigeración... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para producir refrigeración de baja temperatura en un sistema de refrigeración, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

i) condensar una composición refrigerante que comprende (a.

2. 32% en peso de difluorometano (HFC-32) ,

(b.

2. 32% en peso de pentafluoretano (HFC-125) y (c.

3. 42% en peso de tetrafluoroetano (HFC-134a) ; y ii) evaporar la composición en la proximidad de un cuerpo a ser refrigerado, en donde la temperatura del evaporador del sistema de refrigeración se encuentra por debajo de 0ºC (32ºF) .

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los componentes a) , b) y c) comprenden esencialmente toda la composición refrigerante.

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que la composición refrigerante comprende a) aproximadamente 30% en peso de difluorometano (HFC-32) , b) aproximadamente 30% en peso de pentafluoretano (HFC-125) y c) aproximadamente 40% en peso de tetrafluoroetano (HFC-134a) .

4. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la temperatura del evaporador del sistema de refrigeración es -10ºC (14ºF) o inferior.

5. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la temperatura del evaporador del sistema de refrigeración es -15ºC (5ºF) o inferior.

6. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la temperatura del evaporador del sistema de refrigeración es -30ºC (-22ºF) o inferior.

7. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la temperatura del evaporador del sistema de refrigeración se encuentra en el intervalo de menos de 0ºC (32ºF) a -30ºC (-22ºF) .

8. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la composición refrigerante tiene una característica operativa de sobrecalentamiento durante la refrigeración de al menos 1, 1ºC (2ºF) .

9. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la composición refrigerante tiene una característica operativa de sobrecalentamiento durante la refrigeración en el intervalo de: a) de 4, 4ºC (8ºF) a 8, 9ºC (16ºF) para un intervalo de temperaturas del evaporador de -9, 4ºC (15ºF) a -1, 1ºC (30ºF) ; b) de 4, 4ºC (8ºF) a 6, 7ºC (12ºF) para una temperatura del evaporador de aproximadamente -26, 1ºC (-15ºF) ; o c) de 2, 2ºC (4ºF) a 4, 4ºC (8ºF) para una temperatura del evaporador de aproximadamente -34, 4ºC (-30ºF) .

10. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el sistema de refrigeración es adecuado para uso con clorodifluorometano (HFC-22) y la composición refrigerante se sustituye por HFC-22 en el sistema.

11. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el cuerpo a enfriar es un alimento, y el alimento se enfría hasta -23, 3ºC (-10ºF) o inferior.

12. Un sistema de refrigeración que comprende un condensador, un evaporador y una composición refrigerante según se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la temperatura del evaporador del sistema de refrigeración se encuentra por debajo de 0ºC.

13. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la temperatura del evaporador del sistema de refrigeración es -10ºC (14ºF) o inferior.

14. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la temperatura del evaporador del sistema de refrigeración es -15ºC (5ºF) o inferior.

15. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la temperatura del evaporador del sistema de refrigeración es -30ºC (-22ºF) o inferior.

16. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la temperatura del evaporador del sistema de refrigeración se encuentra en el intervalo de menos de 0ºC (32ºF) a -30ºC (-22ºF) .

17. Un sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, en donde la composición refrigerante tiene una característica operativa de sobrecalentamiento durante la refrigeración de al menos 1, 1ºC (2ºF) .

18. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 17, en el que la composición refrigerante tiene una característica operativa de sobrecalentamiento durante la refrigeración en el intervalo de: a) de 4, 4ºC (8ºF) a 8, 9ºC (16ºF) para un intervalo de temperaturas del evaporador de -9, 4ºC (15ºF) a -1, 1ºC (30ºF) ; b) de 4, 4ºC (8ºF) a 6, 7ºC (12ºF) para una temperatura del evaporador de aproximadamente -26, 1ºC (-15ºF) ; o c) de 2, 2ºC (4ºF) a 4, 4ºC (8ºF) para una temperatura del evaporador de aproximadamente -34, 4ºC (-30ºF) .

1.

19. Un sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 18, en donde el sistema de refrigeración es adecuado para uso con clorodifluorometano (HFC-22) y una composición refrigerante según se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 está sustituida por HFC-22 en el sistema.

20. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la composición refrigerante es como se define en la reivindicación 3, y en donde el sistema es un congelador que puede funcionar a una temperatura de la caja de 17, 8ºC (0ºF) .

21. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la composición refrigerante es como se define en la 20 reivindicación 3, y en donde el sistema es un congelador que puede funcionar a una temperatura de la caja de 26, 1ºC (-15ºF) .