Uso como composición de transferencia de calor, de una composición que comprende al menos un tetrafluoropropeno (HFO-1234) y un lubricante seleccionado de ésteres de polioles y polialquilenglicoles.

Composiciones que contienen olefinas sustituidas con flúor

CAMPO DE LA INVENCIÓN

Esta invención se refiere a composiciones que tienen utilidad en sistemas de refrigeración, y a métodos y sistemas que utilizan este tipo de composiciones.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los fluidos a base de fluorocarbonos han encontrado uso muy extendido en muchas aplicaciones comerciales e industriales. Por ejemplo, fluidos a base de fluorocarbonos se usan frecuentemente como fluido de trabajo en sistemas tales como acondicionamiento de aire, bombas de calor y aplicaciones de refrigeración. El ciclo de compresión de vapor es uno de los métodos típicos usados más habitualmente para lograr el enfriamiento o calentamiento en un sistema de refrigeración. El ciclo de compresión de vapor implica usualmente el cambio de fase del fluido refrigerante de la fase líquida a la fase vapor por absorción de calor a una presión relativamente baja, y después de la fase vapor a la fase líquida por extracción de calor a una presión y temperatura relativamente bajas, comprimiendo el vapor a una presión relativamente elevada, condensando el vapor a la fase líquida por extracción de calor a esta presión y temperatura relativamente elevadas, y reduciendo finalmente la presión para iniciar de nuevo el ciclo.

Mientras que el fin principal de la refrigeración consiste en eliminar calor de un objeto u otro fluido a una temperatura relativamente baja, la finalidad principal de una bomba de calor es añadir calor a una temperatura mayor con respecto al entorno.

Determinados fluorocarbonos han sido un componente preferido en muchos fluidos de intercambio de calor, tales como refrigerantes, durante muchos años en muchas aplicaciones. Por ejemplo, los fluoroalquenos, tales como derivados de clorofluorometano y clorofluoroetano, han ganado un uso muy extendido como refrigerantes en aplicaciones que incluyen el acondicionamiento del aire y aplicaciones de bomba de calor debido a su combinación única de propiedades químicas y físicas. Muchos de los refrigerantes usados comúnmente en sistemas de compresión de vapor son fluidos de un solo componente o mezclas azeotrópicas.

En años recientes ha aumentado la preocupación sobre el daño potencial a la atmósfera de la tierra y al clima, y determinados compuestos a base de cloro se han identificado como particularmente problemáticos a este respecto. El uso de composiciones que contienen cloro (tales como clorofluorocarbonos (CFCs) , hidrofluorocarbonos (HCFs) y similares) como refrigerantes en sistemas de acondicionamiento de aire y de refrigeración se ha visto desfavorecido debido a las propiedades de agotamiento del ozono asociadas con muchos de los compuestos de este tipo. Así, ha existido una necesidad creciente de nuevos compuestos y composiciones de fluorocarbonos e hidrofluorocarbonos que ofrezcan alternativas para aplicaciones de refrigeración y de bomba de calor. Por ejemplo, se ha vuelto deseable retroajustar sistemas de refrigeración que contienen cloro sustituyendo refrigerantes que contienen cloro por compuestos refrigerantes que no contienen cloro, que no agotarán la capa de ozono, tales como hidrofluorocarbonos (HCFs) .

Sin embargo, en general se considera importante que cualquier refrigerante sustituto potencial deba también poseer aquellas propiedades presentes en muchos de los fluidos más ampliamente usados, tales como excelentes propiedades de transferencia de calor, estabilidad química, toxicidad baja o nula, falta de inflamabilidad, y compatibilidad con el lubricante, entre otras.

Se ha llegado a apreciar que la compatibilidad con el lubricante es de particular importancia en muchas de las aplicaciones. Más particularmente, es muy deseable que los fluidos de refrigeración sean compatibles con el lubricante utilizado en la unidad compresora, usada en la mayoría de los sistemas de refrigeración. Desgraciadamente, muchos fluidos de refrigeración que no contienen cloro, incluyendo los HCFs, son relativamente insolubles y/o inmiscibles en los tipos de lubricantes usados tradicionalmente con CFCs y HFCs, incluyendo, por ejemplo, aceites minerales, alquilbencenos o poli (alfa-olefinas) . Con el fin de que una combinación de fluido de refrigeración-lubricante actúe a un nivel deseable de eficacia en un sistema de refrigeración por compresión, de acondicionamiento de aire y/o de bomba de calor, el lubricante debería ser suficientemente soluble en el líquido de refrigeración a lo largo de un amplio intervalo de temperaturas de trabajo. Una solubilidad de este tipo disminuye la viscosidad del lubricante y le permite fluir más fácilmente a través del sistema. En ausencia de una solubilidad de este tipo, los lubricantes tienden a depositarse en los serpentines del evaporador del sistema de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor, así como de otras partes del sistema, y de este modo reducen la eficacia del sistema.

Con respecto a la eficacia en el uso, es importante señalar que una pérdida en el comportamiento termodinámico refrigerante o en la eficacia de energía puede tener impactos medioambientales secundarios a través del mayor uso de combustible fósil que surge de una mayor demanda de la energía eléctrica.

Además, se considera generalmente deseable que los sustitutos de refrigerante de CFC sean eficaces sin cambios de ingeniería importantes para la tecnología de compresión de vapor convencional actualmente usada con refrigerantes de CFC.

La inflamabilidad es otra propiedad importante para muchas aplicaciones. Esto es, se considera importante o esencial en muchas aplicaciones, incluyendo particularmente en aplicaciones de transferencia de calor, usar composiciones que no sean inflamables. Así, frecuentemente es beneficioso usar en composiciones de este tipo compuestos que no sean inflamables. Tal como se usa en esta memoria, la expresión "no inflamable" se refiere a compuestos o composiciones que se determina que son no inflamables según se determina de acuerdo con la norma ASTM E-681, de fecha 2002, que se incorpora en esta memoria como referencia. Desgraciadamente, muchos HFCs que pudieran ser de otro modo deseables para ser usados en composiciones refrigerantes no son no inflamables. Por ejemplo, el fluoroalcano difluoroetano (HFC-152a) y el fluoroalqueno 1, 1, 1-trifluoropropeno (HFO1243zf) son cada uno inflamables y, por lo tanto, no son viables para uso en muchas aplicaciones.

Los fluoroalquenos superiores, es decir, alquenos sustituidos con flúor que tienen al menos cinco átomos de carbono, han sido sugeridos para uso como refrigerantes. La patente de EE.UU. nº 4.788.352 - Smutny está dirigida a la producción de compuestos fluorados de C5 a C8 que tienen al menos cierto grado de insaturación. La patente de Smutny identifica olefinas superiores de este tipo como conocidas por tener utilidad como refrigerantes, plaguicidas, fluidos dieléctricos, fluidos de transferencia de calor, disolventes y compuestos intermedios en diversas reacciones químicas (véase la columna 1, líneas 11-22) .

Mientras que las olefinas fluoradas descritas en Smutny pueden tener un cierto nivel de eficacia en aplicaciones de transferencia de calor, se piensa que compuestos de este tipo pueden tener también ciertas desventajas. Por ejemplo, algunos de estos compuestos pueden tender a atacar sustratos, particularmente plásticos de uso general tales como resinas acrílicas y resinas ABS. Además, los compuestos olefínicos superiores descritos en Smutny también pueden ser indeseables en determinadas aplicaciones, debido al nivel potencial de toxicidad de compuestos de este tipo que puede surgir como resultado de la actividad plaguicida señalada en Smutny. También, compuestos de este tipo pueden tener un punto de ebullición que es demasiado elevado para hacerlos útiles como un refrigerante en determinadas aplicaciones.

Los derivados de bromofluorometano y bromoclorofluorometano, particularmente bromotrifluorometano (Halon 1301) y bromoclorodifluorometano (Halon 1211) , han ganado un uso muy extendido como agentes para la extinción de incendios en zonas cerradas tales como cabinas de aviones y salas de ordenadores. Sin embargo, el uso de diversos halones está siendo eliminado gradualmente debido a su elevado agotamiento del ozono. Además, dado que los halones se usan frecuentemente en zonas en las que están presentes seres humanos, los sustitutos adecuados deben ser también seguros para los seres humanos a concentraciones necesarias para suprimir o extinguir el fuego.

Se ha llegado así a apreciar una necesidad... [Seguir leyendo]

1. Uso como composición de transferencia de calor, de una composición que comprende al menos un tetrafluoropropeno (HFO-1234) y un lubricante seleccionado de ésteres de polioles y polialquilenglicoles.

2. Un uso según la reivindicación 1, en el que el al menos un tetrafluoropropeno está presente en una cantidad de al menos 50% en peso de la composición de transferencia de calor.

3. Un uso según la reivindicación 2, en el que el al menos un tetrafluoropropeno está presente en una cantidad de al menos 70% en peso de la composición de transferencia de calor.

4. Un uso según la reivindicación 1, en el que el lubricante está presente en una cantidad de 30 a 50% en peso de la composición de transferencia de calor.

5. Un uso según cualquier reivindicación anterior, en el que el lubricante es un polialquilenglicol.

6. Un uso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el lubricante es un éster de poliol.

7. Un uso según cualquier reivindicación anterior, en el que el al menos un tetrafluoropropeno comprende 1, 3, 3, 3tetrafluoropropeno (HFO-1234ze) .

8. Un uso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el al menos un tetrafluoropropeno comprende 2, 3, 3, 3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf) .

9. Un uso según cualquier reivindicación anterior, en acondicionamiento de aire.

10. Un uso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en refrigeración.

11. Un uso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en una bomba de calor.

12. Una composición de transferencia de calor que comprende i) al menos un tetrafluoropropeno (HFO-1234) y un lubricante seleccionado de polialquilenglicoles; o ii) una composición de transferencia de calor que comprende 1, 3, 3, 3-tetrafluoropropeno (HFO-1234ze) y un lubricante seleccionado de ésteres de polioles y polialquilenglicoles.

13. Una composición de transferencia de calor según la reivindicación 12, en la que el al menos un tetrafluoropropeno está presente en una cantidad de al menos 50% en peso de la composición de transferencia de calor.

14. Una composición de transferencia de calor según la reivindicación 12, en la que el al menos un tetrafluoropropeno está presente en una cantidad de al menos 70% en peso de la composición de transferencia de calor.

15. Una composición de transferencia de calor según la reivindicación 12, en la que el lubricante está presente en una cantidad de 30 a 50% en peso de la composición de transferencia de calor.

16. Una composición de transferencia de calor según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, en la que el al menos un tetrafluoropropeno comprende 1, 3, 3, 3-tetrafluoropropeno (HFO-1234ze) .

17. Una composición de transferencia de calor según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, en la que el al menos un tetrafluoropropeno comprende 2, 3, 3, 3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf) .

18. Una composición de transferencia de calor según la reivindicación 16, en la que el lubricante comprende un polialquilenglicol.

19. Una composición de transferencia de calor según la reivindicación 16, en la que el lubricante comprende un éster de poliol.