Método para la preparación de una mezcla de refrigerantes zeotrópicos ternaria o superior.

Un método para preparar una mezcla de refrigerantes zeotrópicos ternaria o superior que comprende componentes de diferentes volatilidades,

comprendiendo dicho método:

mezclar juntos los componentes menos volátiles de la mezcla en un proceso de pre-mezcla; y

añadir por separado el componente más volátil a la mezcla pre-mezclada mediante el control de la presión o del caudal másico de manera que se obtiene la composición líquida inicial deseada de la mezcla de refrigerantes zeotrópicos,

en el que los componentes menos volátiles comprenden al menos un hidrofluoroalqueno y opcionalmente al menos un compuesto adicional de hidrofluorocarbono seleccionado del grupo que consiste de pentafluoroetano (R-125), difluorometano (R-32), 1,1,1,2-tetrafluoroetano (R-134a) y 1,1-difluoroetano (R-152a) y el componente más volátil es dióxido de carbono.

Método para la preparación de una mezcla de refrigerantes zeotrópicos ternaria o superior La presente invención se refiere en general al campo de la refrigeración y, más en particular, a un método para la preparación y manipulación de mezclas de refrigerantes zeotrópicos de gran deslizamiento que permite la preparación de dichas mezclas y su posterior transferencia desde un contenedor o recipiente de almacenamiento a otro recipiente o a una parte de un equipo de refrigeración sin cambio significativo en la composición.

La mayoría de los equipos de refrigeración, aire acondicionado y bombas de calor empleados hoy día utilizan el ciclo de compresión subcrítico de vapor para transferir calor desde una región más fría a una región más caliente mediante evaporación a baja presión y condensación a alta presión de un fluido refrigerante. Los refrigerantes usados actualmente a nivel comercial son: fluidos individuales, por ejemplo 1, 1, 1, 2-tetrafluoroetano (R-134a) ; mezclas azeotrópicas, por ejemplo, la mezcla azeotrópica de 1, 1, 1-trifluoroetano (R-143a) y pentafluoroetano (R

125) comercializada como R-507; o mezclas no azeotrópicas ("zeotrópicas") en las que el deslizamiento de temperatura, es decir, la diferencia entre las temperaturas de burbuja y del punto de rocío de la mezcla de refrigerantes a presión atmosférica es relativamente estrecha, normalmente inferior a 10 ºC aproximadamente. Ejemplos de estas últimas incluyen la mezcla 50:50 en p/p de difluorometano (R-32) y R-125 comercializada como R-410A (deslizamiento inferior a 0, 1 ºC) y la mezcla 23:25:52 en p/p de R-32, R-125 y R-134a comercializada como R-407C (deslizamiento de 7 ºC) . Se ha comprobado y se acepta que los tres tipos de refrigerantes se pueden manipular con el mismo tipo de equipo de mantenimiento y en general se pueden usar de forma similar, con la condición de que los refrigerantes mixtos se transfieran desde el cilindro en el que se almacenan al equipo en forma de líquido para preservar la composición.

Los refrigerantes a base de fluorocarbonos usados actualmente tienen potenciales de calentamiento global (GWP) relativamente altos, expresados en términos de su capacidad para atrapar calor en la atmósfera a una escala relativa en la que se toma que 1 kg de CO2 tiene un GWP de 1. Por ejemplo, usando los valores de IPCC AR-4 (Grupo Intergubernamental sobre el Cambio Climático -Cuarto Informe de Evaluación) aceptado internacionalmente de GWP de los halocarbonos; el R-134a tiene un GWP de 1430; el R-410A tiene un GWP de 2088; y el R-407C tiene un GWP de 1774.

El impacto medioambiental sobre el clima del funcionamiento de un sistema de refrigeración, aire acondicionado o bomba de calor se puede expresar como emisión equivalente de gas invernadero CO2 que resulta del funcionamiento o servicio de la unidad. El impacto de calentamiento equivalente total (TEWI) de un sistema es una medida de esta emisión expresada como suma de la emisión directa -la cantidad equivalente de CO2 representada por la fuga de un refrigerante que tiene un GWP- y un efecto indirecto, en concreto el CO2 emitido como consecuencia de la generación de energía mecánica o eléctrica para hacer funcionar la unidad, bien por combustión directa de combustible (por ejemplo, para el aire acondicionado de automóviles) o por combustión de combustible en una central eléctrica para generar electricidad.

La reducción del GWP de los refrigerantes usados en dicha tecnología de compresión de vapor por tanto ofrece un medio para reducir el TEWI global de la tecnología. Esto ya es obligatorio en Europa por la Directiva MAC de la Unión Europea para la aplicación específica de refrigerantes en aires acondicionados para automóviles. El refrigerante R-134a se utiliza actualmente en todo el mundo en sistemas de aire acondicionado para automóviles. A

tenor de la directiva MAC su uso en coches nuevos será sustituido progresivamente por un fluido o composiciones de fluido que tengan un GWP inferior a 150 durante el período 2011-2017.

En la búsqueda de alternativas a los fluidos refrigerantes utilizados en la actualidad, es evidente que, al menos en algunas aplicaciones, los fluidos no serán reemplazados fácilmente por fluidos individuales que tengan propiedades refrigerantes comparables sin otras complicaciones derivadas de las demás propiedades de los fluidos de reemplazo. La más significativa de ellas es la inflamabilidad -muchas moléculas, por lo demás adecuadas para aplicaciones de refrigeración y que tienen un bajo GWP, son inflamables.

Por ejemplo, el clorodifluorometano (R-22) (un fluido que destruye el ozono con un GWP de ~1800) desde un punto 55 de vista técnico podría ser sustituido por propano (GWP de 3) , ya que las propiedades físicas clave relevantes para el comportamiento de refrigeración (punto de ebullición y principalmente presión de vapor) son similares para las moléculas. Sin embargo, el propano es extremadamente inflamable mientras que el R-22 no es inflamable, y su inflamabilidad impediría su uso en muchas aplicaciones en las que el R-22 presta servicio.

Por lo tanto, en la búsqueda de nuevos refrigerantes que tengan menor GWT es potencialmente necesario contemplar la mezcla de componentes refrigerantes para formar una mezcla de refrigerantes que tenga el equilibrio de propiedades deseado, incluyendo: un buen rendimiento de refrigeración en su aplicación, baja inflamabilidad, baja toxicidad, bajo GWP e idoneidad técnica para las exigencias de la aplicación.

Una clase de mezclas, que actualmente no se usan de forma generalizada y que puede ser prometedora, es la denominada mezclas de refrigerantes zeotrópicos de gran deslizamiento. Estas son mezclas que tienen un

deslizamiento de temperatura significativamente más grande que los mostrados por los refrigerantes zeotrópicos utilizados actualmente, por ejemplo, un deslizamiento de temperatura superior a 10 ºC o quizás superior a 15 ºC. Ejemplos no limitantes de dichas mezclas incluyen:

Mezclas de dióxido de carbono con fluidos de hidrofluoroalqueno, tales como 2, 3, 3, 3-tetrafluoropropeno (R1234yf) , 1, 3, 3, 3-tetrafluoropropeno (R-1234ze -isómeros E o Z o sus mezclas) , 3, 3, 3-trifluoropropeno (R-1243zf) , 1, 2, 3, 3, 3-pentafluoropropeno (R-1225ye -isómeros E o Z o sus mezclas) , 1-cloro-3, 3, 3-trifluoropropeno (R1233zd -isómeros E o Z) , 2-cloro-3, 3, 3-trifluoropropeno (R-1233xf) , hexafluorobuteno (R-1336 -todos los isómeros) , octafluoropenteno (R-1438 -todos los isómeros y en particular 1, 1, 1, 4, 4, 5, 5, 5-octafluoro-2-penteno (R-1438mzz) ) , nonafluoropenteno (R-1429 -todos los isómeros y en particular 1, 1, 1, 2, 4, 4, 5, 5, 5-nonafluoro-2penteno (R-1429myz) ) y 1, 1, 1, 3, 4, 4, 5, 5, 5-nonafluoro-2-penteno (R-1429mzy) y similares.

Mezclas como las anteriores, que además contienen otros compuestos refrigerantes de fluorocarbono saturados, tales como R-125, R-32, R-134a, fluoroetano (R-161) , R-143a, 1, 1, 1-trifluoropropano (R-263fb) , 1, 1-difluoroetano (R-152a) y 1, 1, 1, 2, 3, 3, 3-heptafluoroetano (R-227ea) , o hidrocarburos, tales como propano, propileno, n-butano, isobutano, o dimetiléter.

Mezclas de fluidos de fluorocarbono o de hidrocarburos de bajo punto de ebullición con fluidos de hidrofluorocarbonos o de hidroclorofluorocarbonos que tienen puntos de ebullición significativamente superiores, por ejemplo mezclas que comprenden R-32 (punto de ebullición -51 ºC) con otros fluidos refrigerantes halogenados que tienen puntos de ebullición superiores a R-134a.

Para mezclas de refrigerantes zeotrópicos, los cambios de composición surgen a medida que la mezcla líquida se descarga desde el recipiente en el que se encuentra almacenado. A medida que la mezcla líquida de refrigerantes se extrae del recipiente, el espacio por encima del refrigerante líquido se incrementa permitiendo alojar más vapor. No obstante, para mezclas zeotrópicas, el componente refrigerante más volátil se evapora preferentemente, de manera que el espacio de vapor por encima del líquido es ocupado con una composición de vapor que progresivamente se enriquece en el componente más volátil. Correspondientemente, el refrigerante líquido que permanece en el recipiente de almacenamiento se va agotando gradualmente en el componente más volátil a medida que se extrae más y más líquido del recipiente. Este comportamiento se conoce como cambio de la composición.

En los sistemas de aire acondicionado para automóviles, SAE, la norma J1658 requiere que el comportamiento de un refrigerante mixto se evalúe a lo largo de la gama de composiciones que se desarrollan durante el agotamiento de un cilindro que contiene el refrigerante mixto desde lleno a vacío. Esta norma requiere que la variación... [Seguir leyendo]

1. Un método para preparar una mezcla de refrigerantes zeotrópicos ternaria o superior que comprende componentes de diferentes volatilidades, comprendiendo dicho método:

mezclar juntos los componentes menos volátiles de la mezcla en un proceso de pre-mezcla; y añadir por separado el componente más volátil a la mezcla pre-mezclada mediante el control de la presión o del caudal másico de manera que se obtiene la composición líquida inicial deseada de la mezcla de refrigerantes zeotrópicos, en el que los componentes menos volátiles comprenden al menos un hidrofluoroalqueno y opcionalmente al menos un compuesto adicional de hidrofluorocarbono seleccionado del grupo que consiste de pentafluoroetano (R-125) , difluorometano (R-32) , 1, 1, 1, 2-tetrafluoroetano (R-134a) y 1, 1-difluoroetano (R-152a) y el componente más volátil es dióxido de carbono.

2. El método de la reivindicación 1, en el que el hidrofluoroalqueno es un hidrofluoropropeno.

3. El método de la reivindicación 2, en el que el al menos un hidrofluoroalqueno se selecciona del grupo que consiste en 2, 3, 3, 3-tetrafluoropropeno (R-1234yf) , 1, 3, 3, 3-tetrafluoropropeno (R-1234ze) , 3, 3, 3-trifluoropropeno (R-1243zf) y 1, 2, 3, 3, 3-pentafluoropropeno (R-1225ye) .

4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que los componentes menos volátiles comprenden al menos un compuesto adicional de hidrofluorocarbono seleccionado del grupo que consiste en pentafluoroetano (R-125) , difluorometano (R-32) , 1, 1, 1, 2-tetrafluoroetano (R-134a) y 1, 1-difluoroetano (R-152a) .

5. Un método para preparar una mezcla de refrigerantes zeotrópicos ternaria o superior que comprende componentes de diferentes volatilidades y a continuación la transferencia de la mezcla preparada desde un recipiente en el que se mantiene a otro recipiente o a una parte de un equipo que va a utilizar la mezcla de refrigerantes, comprendiendo dicho método las etapas de:

preparación de la mezcla de refrigerantes zeotrópicos ternaria o superior usando el método de la reivindicación 1; extracción de al menos una parte de la mezcla líquida de refrigerantes zeotrópicos preparada de un recipiente en el que se mantiene; carga de la mezcla líquida de refrigerantes zeotrópicos que se extrae en otro recipiente o en una parte de un equipo en el que se va a utilizar; y adición de al menos el componente más volátil de la mezcla de refrigerantes al recipiente de contención para compensar la extracción de la mezcla líquida de refrigerantes del mismo.

6. El método de la reivindicación 5, en el que el hidrofluoroalqueno es un hidrofluoropropeno.

7. El método de la reivindicación 5, en el que el al menos un hidrofluoroalqueno se selecciona del grupo que consiste en 2, 3, 3, 3-tetrafluoropropeno (R-1234yf) , 1, 3, 3, 3-tetrafluoropropeno (R-1234ze) , 3, 3, 3-trifluoropropeno (R-1243zf) y 1, 2, 3, 3, 3-pentafluoropropeno (R-1225ye) .

8. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el que los componentes menos volátiles 45 comprenden al menos un compuesto adicional de hidrofluorocarbono seleccionado del grupo que consiste en pentafluoroetano (R-125) , difluorometano (R-32) , 1, 1, 1, 2-tetrafluoroetano (R-134a) y 1, 1-difluoroetano (R-152a) .