Composiciones de transferencia de calor.

Una composición de transferencia de calor que comprende:

de aproximadamente una aproximadamente un 40 % en peso de trans-1,

3,3,3-tetrafluoropropeno (R- 1234ze(E)), de aproximadamente un 20 a aproximadamente un 35 % en peso de difluorometano (R-32), de aproximadamente un 15 a aproximadamente un 30 % en peso de pentafluoroetano (R-125) y de aproximadamente un 12 a aproximadamente un 50 % en peso de 1,1,1,2-tetrafluoroetano (R-134a), con la condición de que la composición no contenga un 30 % de R-32, un 30 % de R-125, un 16,8 % de R-134a, un 16 % de R-1234ze y un 7,2 % de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (R-1234yf) en peso.

Composiciones de transferencia de calor

La presente invención se refiere a composiciones de transferencia de calor, y en particular a composiciones de transferencia de calor que pueden resultar apropiadas para sustituir a los refrigerantes existentes tales como R134a, R-152a, R-1234yf, R-22, R-410A, R-407A, R-407B, R-407C, R-507 y R-404a.

El listado o la discusión del documento publicado anterior o cualquier antecedente en la memoria descriptiva no deberían interpretarse necesariamente como un agradecimiento a que el documento o antecedente sea parte del estado de la técnica o sea de conocimiento general común.

Los sistemas de refrigeración mecánicos y los dispositivos de transferencia de calor relacionados tales como las bombas de calor y los 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 cual se condensa y expulsa calor a una segunda zona, retornando el condensado a través de una válvula de expansión al evaporador, completando el ciclo. La energía mecánica requerida para comprimir el vapor y el bombeo del 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 un elevado calor latente de vaporización, las propiedades preferidas del refrigerante incluyen baja toxicidad, naturaleza no inflamable, naturaleza no corrosiva, elevada estabilidad y ausencia de olores apreciables. Otras propiedades deseables son fácil aptitud de compresión a presiones por debajo de 25 bares, baja temperatura de descarga durante la compresión, elevada capacidad de refrigeración, elevada eficacia (elevado coeficiente de rendimiento) y una presión de evaporador superior a 1 bar a la temperatura de evaporación deseada.

Diclorodifluorometano (refrigerante R-12) posee una combinación apropiada de propiedades y ha sido durante muchos años el refrigerante más ampliamente usado. Debido a la preocupación internacional acerca de que los clorofluorocarburos parcial o completamente halogenados dañan la capa de ozono que protege a la Tierra, existe un acuerdo general de que su fabricación y uso deberían restringirse en gran medida y finalmente eliminarse por completo. El uso de diclorofluorometano se prohibió en los años 90.

El clorodifluorometano (R-22) se introdujo como sustitutivo de R-12 debido a su bajo potencial de agotamiento de ozono. Tras la preocupación de que R-22 es un potente gas de efecto invernadero, se prohibió su uso.

Aunque los dispositivos de transferencia de calor del tipo al que se refiere la presente invención generalmente son sistemas cerrados, puede tener lugar la pérdida de refrigerante debido a fugas durante la operación del equipo o durante los procedimientos de mantenimiento. Por tanto, es importante sustituir los refrigerantes de clorofluorocarburos parcial o completamente halogenados por materiales que tengan potencial nulo de agotamiento de ozono.

Además de la posibilidad de agotamiento de ozono, se ha sugerido que concentraciones significativas de refrigerantes de halocarburos en la atmósfera podrían contribuir al calentamiento global (el denominado efecto invernadero) . Por tanto, resulta deseable el uso de refrigerantes que posean vidas atmosféricas relativamente cortas como resultado de su capacidad para reaccionar con otros constituyentes atmosféricos tales como radicales hidroxilo o como resultado de degradación sencilla través de procesos fotolíticos.

Se han introducido los refrigerantes R-410A y R407 (incluyendo R-407A, R-407B y R-407C) como refrigerante sustitutivo de R-22. No obstante, los refrigerantes de R-22, R-410A y R-407 tienen todos 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 para R-12. NO obstante, a pesar de no tener potencial significativo de agotamiento de ozono, R-134a tiene un GWP de 1300. Sería deseable encontrar sustitutivos para R-134a que tengan un GWP bajo.

Se ha identificado R-152a (1, 1-difluoroetano) como alternativa a R-134a. Es bastante más eficaz que R-134a y tiene un potencial de calentamiento de efecto invernadero de 120. No obstante, se considera que la inflamabilidad de R152a es demasiado elevada, por ejemplo para permitir su uso seguro en sistemas de acondicionamiento de aire. En particular, se piensa que su bajo límite inflamable en aire es demasiado bajo, sus velocidades de llama son demasiado elevadas y su energía de ignición es demasiado baja.

Por tanto, 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 de que la mezcla de un fluorocarburo no inflamable con un fluorocarburo inflamable reduce la inflamabilidad del fluido o reduce el intervalo de composiciones inflamables en el aire. Por ejemplo, los inventores han descubierto que

si se mezcla R-134a no inflamable con R-152a inflamable, se modifica el límite inflamable inferior de la mezcla de manera que no resulta predecible. La situación se vuelve incluso más compleja y menos predecible si se consideran composiciones ternarias o cuaternarias.

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

Se ha identificado R-1234yf (2, 3, 3, 3-tetrafluoropropeno) como refrigerante alternativo candidato para sustituir R134a en determinadas aplicaciones, notablemente en aplicaciones de acondicionamiento de aire o bombas de calor móviles. Su GWP es de aproximadamente 4. R-1234yf es inflamable pero sus características de inflamabilidad se consideran generalmente aceptables para algunas aplicaciones que incluyen acondicionamiento de aire móvil bombas de calor. En particular, cuando se compara con R-152a, su límite inflamable inferior es más elevado, su energía de ignición mínima es más elevada y la velocidad de llama en aire es significativamente menor que la de R152a.

Debería considerarse el impacto medioambiental de operar un sistema de refrigeración o acondicionamiento de aire, en términos de emisiones de gases de efecto invernadero, con referencia no solo al denominado GWP “directo” del refrigerante, sino también con referencia a las denominadas emisiones “indirectas”, que significa aquellas emisiones de dióxido de carbono que son el resultado del consumo de electricidad o combustible para operar el sistema. Se han desarrollado varios sistemas de medición para este impacto GWP total, incluyendo el análisis de Impacto de Calentamiento Equivalente Total (TEWI) o el análisis de Producción de Carbono de Ciclo de Vida (LCCP) . Ambas mediciones incluyen la estimación del efecto de GWP del refrigerante y la eficiencia energética sobre el impacto de calentamiento global.

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 usar R-1234yf y lograr una eficiencia energética y rendimiento de enfriamiento equivalente a R-134a, se requiere una mayor complejidad de equipo y mayo tamaño de tuberías, lo cual conduce a un uso más complejo y menos eficiente de las materias primas (fluoradas y cloradas) que en el caso de R-134a. Por eso, la adopción de R-1234yf para sustituir a R-134a consumo más materias primas y tiene como resultado más emisiones directas de gases de efecto invernadero que en el caso de R-134a.

Algunas de las tecnologías existentes diseñadas para r-134a pueden no ser capaces de aceptar la reducida inflamabilidad de algunas composiciones de transferencia de calor (se cree que cualquier composición que tenga un GWP menor de 150 es inflamable en cierto modo) .

Un objetivo principal de la presente invención es, por tanto, proporcionar una composición de transferencia de calor que se pueda usar por sí misma o que sea apropiada como sustitutivo de los usos de refrigeración existentes que debería presentar un GWP reducido, tenga un capacidad y eficiencia energética (que se pueden expresar de manera apropiada como el “Coeficiente de Rendimiento”) de manera ideal dentro de un 10 % de los valores, por ejemplo los que se pueden lograr... [Seguir leyendo]

1. Una composición de transferencia de calor que comprende:

de aproximadamente un 5 a aproximadamente un 40 % en peso de trans-1, 3, 3, 3-tetrafluoropropeno (R1234ze (E) ) , de aproximadamente un 20 a aproximadamente un 35 % en peso de difluorometano (R-32) , de aproximadamente un 15 a aproximadamente un 30 % en peso de pentafluoroetano (R-125) y de aproximadamente un 12 a aproximadamente un 50 % en peso de 1, 1, 1, 2-tetrafluoroetano (R-134a) , con la condición de que la composición no contenga un 30 % de R-32, un 30 % de R-125, un 16, 8 % de R-134a, un 16 % de R-1234ze y un 7, 2 % de 2, 3, 3, 3-tetrafluoropropeno (R-1234yf) en peso.

2. Una composición de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la composición tiene:

(a) un límite de inflamabilidad más elevado;

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

(c) una velocidad de llama más baja

en comparación con R-32 solo, preferentemente en donde la composición no es inflamable.

3. Una composición que comprende un lubricante y una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

4. Una composición de acuerdo con la reivindicación 3, en la que el lubricante está seleccionado entre aceite mineral, aceite de silicona, polialquil bencenos (PAB) , poli (ésteres de alcohol) (POE) , polialquilen glicoles (PAG) , poli (ésteres de alquilen glicol) (éteres de PAG) , poli (éteres vinílicos) (PVE) , poli (alfa-olefinas) y sus combinaciones.

5. Una composición de acuerdo con las reivindicaciones 3 o 4 que además comprende un estabilizador.

6. Una composición de acuerdo con la reivindicación 5, en la que el estabilizador está seleccionado entre compuestos a base de dieno, fosfatos, compuestos de fenol y epóxidos y sus mezclas.

7. Una composición que comprende un retardador de llama y una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

8. Una composición de acuerdo con la reivindicación 7, en la que el retardador de llama está seleccionado entre el grupo que consiste en tri- (2-cloroetil) -fosfato, fosfato (cloropropilo) , tri- (2, 3-dibromopropil) -fosfato, tri- (1, 3dicloropropil) -fosfato, fosfato de diamonio, diversos compuestos aromáticos halogenados, óxido de antimonio, aluminio trihidratado, poli (cloruro vinílico) , un yodocarburo fluorado, un bromocarburo fluorado, trifluoro yodometano, perfluoroalquil aminas, bromo-fluoroalquil aminas y sus mezclas.

9. Un dispositivo de transferencia de calor que contiene una composición como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

10. Un dispositivo de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 9 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 refrigerador residenciales, sistemas de congelador residenciales, sistemas de refrigerador comerciales, sistemas de congelador comerciales, sistemas de acondicionamiento de aire con enfriador, sistemas de refrigeración con enfriador y sistemas de bomba de calor comerciales o residenciales, preferentemente en donde el dispositivo de transferencia de calor contiene un compresor.

11. Uso de una composición definida en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en un dispositivo de transferencia de calor.

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

8.

13. 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 8, 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.

14. Una espuma que comprende una composición como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

15. Una composición apta para pulverización que comprende un material objeto de pulverización y un propulsor que comprende una composición como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

16. Un método para enfriar un artículo que comprende condensar una composición definida en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 y posteriormente evaporar la composición en las proximidades del artículo que se pretende enfriar.

17. Un método para calentar un artículo que comprende condensar una composición como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en las proximidades del artículo que se pretende calentar y posteriormente evaporar la composición.

18. Un método para extraer una sustancia a partir de biomasa, que comprende poner en contacto biomasa con un disolvente que comprende una composición como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 y separar la sustancia del disolvente.

19. Un método para limpiar 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 8.

20. Un método para extraer un material a partir de una solución acuosa o una matriz sólida en forma de partículas, que comprende poner en contacto la solución acuosa o la matriz sólida en forma de partículas con un disolvente que comprende una composición como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 y separar el material del disolvente.

21. Un dispositivo de generación de energía mecánica que contiene una composición como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

22. Un dispositivo de generación de energía mecánica de acuerdo con la reivindicación 21 que se adapta para usar un Ciclo Rankine o una modificación del mismo para generar trabajo a partir de calor.

23. Un método de retroajuste 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 cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, preferentemente en el que el dispositivo de transferencia de calor es un dispositivo de refrigeración, preferentemente en el que el dispositivo de transferencia de calor es un sistema de acondicionamiento de aire.

24. Un método para reducir el impacto medioambiental derivado de la operación de un producto que comprende un compuesto o composición existente, comprendiendo el método sustituir al menos parcialmente el compuesto o la composición existentes por una composición como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, preferentemente en el que 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, preferentemente en el que el producto es un dispositivo de transferencia de calor, preferentemente en el que el compuesto o la composición existentes es una composición de transferencia de calor, preferentemente en el que la composición de transferencia de calor es un refrigerante seleccionado entre R-22, R-410A, R-407A, R-407B, R-407C, R-507 y R-404a.

25. Un método para preparar una composición como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, y/o un dispositivo de transferencia de calor como se define en las reivindicaciones 9 o 10, de forma que la composición o el dispositivo de transferencia de calor contengan R-134a, comprendiendo el método introducir R-1234ze (E) , R-32, R125, opcionalmente un lubricante, un estabilizador y/o un retardador de llama, en un dispositivo de transferencia de calor que contiene un fluido de transferencia de calor existente que es A-134a, que preferentemente comprende la etapa de retirar al menos parte del R-134a existente del dispositivo de transferencia de calor antes de introducir R1234ze (E) , R-32, R-125 y opcionalmente el lubricante, el estabilizador y/o el retardador de llama.