Composiciones de transferencia de calor.

Una composición de transferencia de calor que comprende:

(i) de aproximadamente el 50 a aproximadamente el 95 % en peso de trans-1,

3,3,3-5 tetrafluoropropeno (R-1234ze(E));

(ii) de aproximadamente el 2 a aproximadamente el 30 % en peso de dióxido de carbono (R-744); y

(iii) de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 20 % en peso de un tercer componente seleccionado entre propileno (R-1270), propano (R-290), n-butano (R-600), isobutano (R-600a) y mezclas de los mismos.

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 reemplazo para refrigerantes existentes, tales como R-134a, R-152a, R-1234yf, R-22, R-410A, R-407A, R-407B, R-407C, R507 y R-404a.

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

Son bien conocidos los sistemas de refrigeración mecánicos y los dispositivos de transferencia de calor relacionados, tales como las bombas de calor y los sistemas de aire acondicionado. En tales sistemas, se evapora un líquido refrigerante a baja presión tomando calor de la zona circundante. Después, el vapor resultante se comprime y se pasa a un condensador en el que se condensa y desprende calor a una segunda zona, el condensado se devuelve a través de una válvula de expansión, completando así el ciclo. La energía mecánica requerida para comprimir el vapor y bombear el líquido se proporciona mediante, por ejemplo, un motor eléctrico o un motor de combustión interna.

Además para tener un punto de ebullición adecuado y un alto calor latente de vaporización, las propiedades preferidas en un refrigerante incluyen baja toxicidad, no inflamable, alta estabilidad y ausencia de olor desagradable. Otras propiedades deseables son compresibilidad lista a presiones inferiores a 2500 kilopascales, baja temperatura de descarga en la compresión, alta capacidad de refrigeración, alta eficiencia (alto coeficiente de rendimiento) y una presión del evaporador superior a 100 kilopascales a la temperatura de evaporación deseada.

El diclorodifluorometano (refrigerante R-12) posee una combinación adecuada de propiedades y fue durante muchos años el refrigerante más ampliamente usado. Debido a la preocupación internacional de que los clorofluorocarbonos total y parcialmente halogenados estaban dañando la capa de ozono que protege la tierra, hubo un acuerdo general de que su fabricación y uso debían se severamente restringidos y finalmente eliminados por completo. El uso de diclorodifluorometano se eliminó en la década de los 90.

El clorodifluorometano (R-22) se introdujo como sustitución de R-12 debido a su menor potencial de agotamiento de ozono. A raíz de la preocupación de que el R-22 es un potente gas de efecto invernadero, su uso también se está eliminando.

Mientras que los dispositivos de transferencia de calor del tipo al que se refiere la presente invención son esencialmente sistemas cerrados, la pérdida de refrigerante a la atmósfera puede suceder debido a una fuga durante el funcionamiento del equipo o durante los procedimientos de mantenimiento. Es importante, por lo tanto, reemplazar total y parcialmente los refrigerantes clorofluorocarbonos halogenados por materiales que tienen potenciales de agotamiento de ozono cero.

Además de la posibilidad del agotamiento del ozono, se ha sugerido que concentraciones significativas de refrigerantes halocarbonados en la atmósfera, pueden contribuir al calentamiento global (el llamado efecto invernadero) . Es deseable, por lo tanto, usar refrigerantes que tengan tiempos de vida atmosféricos relativamente cortos como resultado de su capacidad para reaccionar con otros constituyentes atmosféricos, tales como radicales hidroxilo, o como resultado de la degradación lista a través de procesos fotolíticos.

Se han introducido refrigerantes R-410A y R-407 (incluyendo R-407A, R-407B y R-407C) como refrigerante de reemplazo para R-22. Sin embargo, los refrigerantes R-22, R-410A y R-407 tienen todos unos potenciales de calentamiento global alto (GWP, también conocido como potencial de calentamiento de efecto invernadero) .

Se introdujo 1, 1, 1, 2-tetrafluoroetano (refrigerante R-134a) como refrigerante de reemplazo para R-12. R-134a es un refrigerante de reemplazo de energía, usado actualmente para aire acondicionado de automoción. Sin embargo es un gas de efecto invernadero con un GWP de 1430 con respecto a CO2 (GWP del CO2es 1 por definición) . La proporción del impacto ambiental global de sistemas de aire acondicionado de automoción usando este gas, que puede atribuirse a la emisión directa del refrigerante, está normalmente en el intervalo del 10-20 %. La legislación ha sido aprobada en la Unión Europea para descartar el uso de refrigerantes que tienen GWP de más de 150 modelos de coche nuevos desde 2011. La industria automovilística opera en plataformas de tecnología global, y en cualquier caso, la emisión de gas de efecto invernadero tiene un impacto global por tanto existe una necesidad de encontrar fluidos que tengan un menor impacto ambiental, (por ejemplo, GWP reducido) comparado con HFC-134a.

Se ha identificado R-152a (1, 1-difluoroetano) como alternativa a R-134a. Es algo más eficiente que el R-134a y tiene un potencial de calentamiento de efecto invernadero de 120. Sin embargo, la inflamabilidad de R-152a se considera demasiado alta, por ejemplo para permitir su uso seguro en sistemas de aire acondicionado móviles. En particular, se cree que su límite de inflamabilidad es demasiado bajo, su velocidad de llama es demasiado alta y su energía de ignición es demasiado baja.

Por lo tanto existe una necesidad para proporcionar refrigerantes alternativos que tienen propiedades mejoradas, tal como baja inflamabilidad. La química de combustión de fluorocarburos es compleja e impredecible. No siempre es el caso en el 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 encontrado que si el R-134a no inflamable se mezcla con el R-152a inflamable, el límite inflamable inferior de la mezcla se altera de una manera que no es predecible. La situación se vuelve incluso más compleja y menos predecible si se consideran composiciones ternarias y cuaternarias.

Existe también una necesidad para proporcionar refrigerantes alternativos que pueden usarse en los dispositivos existentes, tales como, dispositivos de refrigeración con poca o sin modificación.

Se ha identificado R-1234yf (2, 3, 3, 3-tetrafluoropropeno) como un refrigerante alternativo candidato para reemplazar a R-134a en determinadas aplicaciones, en particular aplicaciones de aire acondicionado móviles o bombas de calor. Su GWP es aproximadamente 4. El R-1234yf es inflamable pero sus características de inflamabilidad se consideran como aceptables para algunas aplicaciones que incluyen aire acondicionado o bomba de calor. En particular, cuando se compara con el R-152a, su límite de inflamabilidad es mayor, su energía de ignición es mínima y la velocidad de llama en el aire es significativamente inferior que la de R-152a.

El impacto ambiental del funcionamientode un sistema de aire acondicionado o refrigeración, en términos de emisiones de gases de efecto invernadero, debe considerarse en referencia no solo al denominado GWP "directo" de la refrigeración, sino también en referencia a las denominadas emisiones "indirectas", es decir, las emisiones de dióxido de carbono resultantes del consumo de electricidad o combustible para operar el sistema. Se han desarrollado varios parámetros de este impacto total de GWP, que incluyen los conocidos como análisis de Impacto de Calentamiento Equivalente Total (TEWI) o análisis de Producción de Carbono de Ciclo de Vida (LCCP) . Ambas medidas incluyen la estimación del efecto de refrigeración de GWP y la eficiencia de energía sobre el impacto de calentamiento global. Las emisiones del dióxido de carbono asociadas con la fabricación del equipo refrigerante y sistema también deben considerarse.

Se ha encontrado que la eficiencia de energía y la capacidad de refrigeración de R-1234yf son significativamente inferiores que los de R-134a y además, se ha encontrado que el fluido muestra un aumento de la caída de presión en los sistemas de tuberías e intercambiadores de calor. Una consecuencia de esto es que para usar R-1234yf y lograr la eficiencia de energía y rendimiento de enfriamiento equivalente al de R-134a, se requiere el aumento de la complejidad del equipo y el aumento del tamaño de las tuberías, que conduce a un aumento en emisiones indirectas asociadas con el equipo. Además, se piensa que la producción de R-1234yf es más compleja y menos eficiente es su uso de los materiales primas (fluoradas y cloradas) que de R-134a. Las proyecciones actuales de fijación de precios a largo plazo para R-1234yf están en el intervalo de 10-20... [Seguir leyendo]

1. Una composición de transferencia de calor que comprende:

(i) de aproximadamente el 50 a aproximadamente el 95 % en peso de trans-1, 3, 3, 3-tetrafluoropropeno (R-1234ze (E) ) ;

(ii) de aproximadamente el 2 a aproximadamente el 30 % en peso de dióxido de carbono (R-744) ; y

(iii) de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 20 % en peso de un tercer componente seleccionado entre propileno (R-1270) , propano (R-290) , n-butano (R-600) , isobutano (R-600a) y mezclas de los mismos.

2. Una composición de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende de aproximadamente el 4 a aproximadamente el 30 % en peso de R-744, preferentemente de aproximadamente el 4 a aproximadamente el 28 % en peso, o de aproximadamente el a aproximadamente el 30 % en peso, o de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 30 % en peso.

3. Una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores que tiene una temperatura crítica de más de aproximadamente 65 °C, preferentemente de más de aproximadamente 70 °C.

4. Una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el tercer componente se selecciona entre propileno, propano, isobutano y mezclas de los mismos.

5. Una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende de aproximadamente el 60 a aproximadamente el 95 % de R-1234ze (E) , de aproximadamente el 4 a aproximadamente el 30 % en peso de R-744 y de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 10 % en peso de propileno.

6. una composición de acuerdo con la reivindicación 5 que comprende de aproximadamente el 64 a aproximadamente el 88 % de R-1234ze (E) , de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 28 % en peso de R-744 y de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 8 % en peso de propileno.

7. Una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 que comprende de aproximadamente el 60 a aproximadamente el 95 % de R-1234ze (E) , de aproximadamente el 4 a aproximadamente el 30 % en peso de R-744 y de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 10 % en peso de propano.

8.Una composición de acuerdo con la reivindicación 7 que comprende de aproximadamente el 64 a aproximadamente el 88 % de R-1234ze (E) , de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 28 % en peso de R-744 y de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 8 % en peso de propano.

9. Una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 que comprende de aproximadamente el 60 a aproximadamente el 95 % de R-1234ze (E) , de aproximadamente el 4 a aproximadamente el 30 % en peso de R-744 y de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 10 % en peso de isobutano.

10. Una composición de acuerdo con la reivindicación 9 que comprende de aproximadamente el 64 a aproximadamente el 88 % de R-1234ze (E) , de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 28 % en peso de R-744 y de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 8 % en peso de isobutano.

11. Una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 que comprende de aproximadamente el 60 a aproximadamente el 95 % de R-1234ze (E) , de aproximadamente el 4 a aproximadamente el 30 % en peso de R-744 y de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 10 % en peso de n-butano, opcionalmente de aproximadamente el 64 a aproximadamente el 88 % de R-1234ze (E) , de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 28 % en peso de R-744 y de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 8 % en peso de n-butano.

12. Una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores que consiste esencialmente en R-1234ze (E) , R-744 y el tercer componente.

13. Una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende adicionalmente pentafluoroetano (R-125) .

14. Una composición de acuerdo con la reivindicación 13 que tiene una temperatura crítica de más de aproximadamente 70 °C.

15. Una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la composición es menos inflamable que propileno solo, propano solo, n-butano solo o isobutano solo o R-1234yf solo, preferentemente en donde la composición tiene:

(a) un límite de inflamabilidad más alto;

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

(c) una velocidad de llama más baja comparado con propileno solo, propano solo, n-butano solo o isobuteno solo o R-1234yf, preferentemente en donde la composición es no inflamable.

16. Una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores que tiene una relación de flúor (F/ (F+H) ) de aproximadamente 0, 42 a aproximadamente 0, 7, preferentemente de aproximadamente 0, 44 a aproximadamente 0, 67.

17. Una composición que comprende un lubricante y una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, preferentemente en donde el lubricante se selecciona entre aceite mineral, aceite de silicona, polialquilbencenos (PAB) , poliolésteres (POE) , polialquilenglicoles (PAG) , polialquilenglicolésteres (ésteres PAG) , poliviniléteres (PVE) , poli (alfa-olefinas) y combinaciones de los mismos.

18. Una composición de acuerdo con la reivindicación 17 que comprende adicionalmente un estabilizador, preferentemente en la que el estabilizador se selecciona entre compuestos basados en dieno, fosfatos, compuestos fenólicos y epóxidos y mezclas de los mismos.

19. Una composición que comprende un retardante de llama y una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, preferentemente en la que 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, diamoniofosfato, diversos compuestos aromáticos halogenados, óxido de antimonio, trihidrato de aluminio, cloruro de polivinilo, un yodocarburo fluorinado, un bromocarburo fluorinado, trifluoro yodometano, aminas perfluoroalquilo, aminas bromo-fluoroalquilo y mezclas de los mismos.

20. Un dispositivo de transferencia de calor que contiene una composición como se ha definido en una cualquiera de las reivindicaciones1 a 19, preferentemente en donde el dispositivo de transferencia de calor es un dispositivo de refrigeración, preferentemente seleccionado entre el grupo que consiste en sistemas de aire acondicionado de automoción, sistemas de aire acondicionado residenciales, sistemas de aire acondicionado comerciales, sistemas de refrigerador residenciales, sistemas de congelador residenciales, sistemas de refrigerador comerciales, sistemas de congelador comerciales, sistemas de aire acondicionado chiller, sistemas de refrigeración chiller y sistemas de bomba de calor comerciales o residenciales, preferentemente en donde el dispositivo de transferencia de calor es un sistema de aire acondicionado de automoción, preferentemente en donde el dispositivo de transferencia de calor contiene un compresor.

21. Uso de una composición definida en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19 en un dispositivo de transferencia de calor, preferentemente un dispositivo de refrigeración.

22. Un agente de soplado que comprende una composición como se ha definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19.

23. 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 19, en la que 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.

24. Una espuma que comprende una composición como se ha definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19.

25. Una composición pulverizable que comprende material para ser pulverizado y un propulsor que comprende una composición como se ha definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19.

26. Un método para refrigerar un artículo, que comprende condensar una composición definida en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19 y evaporar después la composición en la proximidad del artículo que hay que refrigerar.

27. Un método para calentar un artículo que comprende condensar una composición como se ha definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19 en la proximidad del artículo que hay que calentar y evaporar después la composición.

28. Un método para extraer una sustancia a partir de 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 19, y separar la sustancia del disolvente.

29. Un método de limpieza de 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 19.

30. Un método de extracción de un material a partir de una solución acuosa o una matriz sólida de partículas, que

comprende poner en contacto la solución acuosa o la matriz sólida de partículas con un disolvente que comprende una composición como se ha definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, y separar el material del disolvente o la matriz sólida de partículas.

31. Un dispositivo de generación de potencia mecánica que contiene una composición como se ha definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, preferentemente en donde el dispositivo de generación de potencia mecánico está adaptado para usar un Ciclo de Rankine o una modificación del mismo para generar trabajo a partir del calor.

32. Un método de reequipar 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 19, preferentemente en donde el dispositivo de transferencia de calor es un dispositivo de refrigeración, preferentemente en donde el dispositivo de transferencia de calor es un sistema de aire acondicionado.

33. Un método para reducir el impacto ambiental resultante del funcionamiento de un producto que comprende un compuesto o una composición existentes, comprendiendo el método reemplazar al menos parcialmente el compuesto o la composición existentes con una composición como se ha definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, preferentemente en donde el producto se selecciona entre un dispositivo de transferencia de calor, un agente de soplado, una composición espumable, un composición pulverizable, un disolvente o un dispositivo de generación de potencia mecánica, preferentemente en donde el producto es un dispositivo de transferencia de calor, preferentemente en donde el compuesto o la composición existentes son una composición de transferencia de calor, preferentemente en donde la composición de transferencia de calor es un refrigerante seleccionado entre R-134a, R-1234yf, R-152a, R-404A, R-410A, R-507, R-407A, R-407B, R-407D, R407E y R-407F.

34. Una método para preparar una composición como se ha definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, y/o un dispositivo de transferencia de calor como se ha definido en la reivindicación 20, composición o dispositivo de transferencia de calor que contienen R-134a, comprendiendo el método introducir R-1234ze (E) , R-744, el tercer componente y opcionalmente R-125, 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, preferentemente que comprende la etapa de retirada de al menos algunos de los R-134a existentes del dispositivo de transferencia de calor antes de introducir el R-1234ze (E) , R-744, el tercer componente y opcionalmente el R-125, el lubricante, el estabilizador y/o el retardante de llama.