BR112021002635A2

BR112021002635A2 - uso como um refrigerante em um sistema de bomba de calor em um veículo elétrico de uma composição, veículo elétrico, e, métodos de produção de resfriamento em um veículo elétrico, e para produzir aquecimento em um veículo elétrico

Info

Publication number: BR112021002635A2
Application number: BR112021002635-5A
Authority: BR
Inventors: Robert E. Low
Original assignee: Mexichem Fluor S.A. De C.V.
Priority date: 2018-08-14
Filing date: 2019-08-14
Publication date: 2021-05-04
Also published as: EP4310158A3; GB2576389B; JP2024075740A; GB201813237D0; DK3837330T3; US20210261840A1; KR20210045402A; EP3837330A1; JP2021534283A; JP7462612B2; GB2576389A; CA3109438A1; WO2020035690A1; SG11202101490YA; EP3837330B1; CN116656323A; AU2019321217A1; ES2974267T3; CN112567000B; MX2021001679A

Abstract

USO COMO UM REFRIGERANTE EM UM SISTEMA DE BOMBA DE CALOR EM UM VEÍCULO ELÉTRICO DE UMA COMPOSIÇÃO, VEÍCULO ELÉTRICO, E, MÉTODOS DE PRODUÇÃO DE RESFRIAMENTO EM UM VEÍCULO ELÉTRICO, E PARA PRODUZIR AQUECIMENTO EM UM VEÍCULO ELÉTRICO. Trata-se do uso como um refrigerante em um sistema de bomba de calor em um veículo elétrico de uma composição. A composição compreende 1,1-difluoroetileno (R-1132a) e pelo menos um composto de refrigerante de fluorocarbono selecionado a partir do grupo que consiste em 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (R-1234yf), difluorometano (R-32), 1,3,3,3-tetrafluoropropeno (R-1234ze(E)) e 1,1-difluoroetano (R-152a).

Description

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USO COMO UM REFRIGERANTE EM UM SISTEMA DE BOMBA DE CALOR EM UM VEÍCULO ELÉTRICO DE UMA COMPOSIÇÃO, VEÍCULO ELÉTRICO, E, MÉTODOS DE PRODUÇÃO DE RESFRIAMENTO EM UM VEÍCULO ELÉTRICO, E PARA PRODUZIR AQUECIMENTO EM UM VEÍCULO ELÉTRICO

[001] A presente invenção refere-se a uma composição de refrigerante e, mais particularmente, a uma composição de refrigerante que compreende 1,1-difluoroetileno (R-1132a; fluoreto de vinilideno) que é útil em um sistema de bomba de calor móvel ou automotivo, especialmente sistemas para veículos elétricos.

[002] A listagem ou discussão de um documento publicado anteriormente ou de qualquer antecedente no relatório descritivo não deve ser necessariamente interpretada como um reconhecimento de que um documento ou antecedente é parte do estado da técnica ou é de conhecimento geral comum.

[003] A introdução de veículos elétricos, em que não há motor de combustão para fornecer uma fonte de calor para a cabine de passageiros, significou um foco crescente no uso da unidade de ar condicionado do veículo para funcionar como uma bomba de calor em climas frios. Isso pode ser realizado invertendo-se a direção de fluxo de refrigerante ao redor do circuito de ar condicionado, de modo que o refrigerante seja evaporado em baixa temperatura com uso do calor do ar ambiente e condensado em alta temperatura contra o ar circulado na cabine de passageiros. Usando o sistema de ar condicionado desta forma, é possível entregar mais calor à cabine por unidade de energia elétrica retirada da bateria do que se fosse usada para fornecer calor por aquecimento por resistência elétrica do ar de entrada da cabine.

[004] A necessidade de aquecimento do ar dos passageiros é máxima quando o ar externo está mais frio, o que apresenta desafios específicos para

2 / 55 operar a unidade de ar condicionado como uma bomba de calor. Em particular: • A temperatura do ar ambiente pode ser tão baixa quanto -25 a -30°C, o que significa que, para alcançar a operação da bomba de calor nessas condições, o refrigerante deve evaporar em temperaturas abaixo de -30°C.

[005] • O ar do passageiro da ventilação para a cabine é aquecido de maneira ideal a 40 a 50°C, o que significa que o refrigerante deve condensar a temperaturas maiores que 40°C.

[006] • A pressão de evaporação de refrigerante não deve cair abaixo de 1 atmosfera para evitar o ingresso de ar no sistema.

[007] • O mesmo fluido refrigerante deve ter um desempenho aceitável nos modos de operação de ar condicionado e bomba de calor.

[008] • O Potencial de Aquecimento Global (GWP) deve ser abaixo de 150 para que os novos fluidos estejam em conformidade com os regulamentos de gases fluorados da UE.

[009] O 1,1,1,2-tetrafluoroetano (R-134a) foi por alguns anos o refrigerante de escolha em sistemas de ar condicionado automotivos após a eliminação do diclorodifluorometano (R-12), que sendo um CFC tem um alto potencial de depleção da camada de ozônio. A Diretiva de gases fluorados da UE foi, então, implementada, determinando um limite de Potencial de Aquecimento Global (GWP) de 150 para novos sistemas de ar condicionado móvel (MAC). Como resultado, o uso de R-134a foi amplamente substituído por novos sistemas na Europa pelo uso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (R- 1234yf) inflamável. O R-1234yf é ligeiramente menos eficiente do que o R- 134a e os novos projetos de sistema agora incluem equipamento extra (um trocador de calor interno) para recuperar a perda de eficiência.

[0010] Os sistemas de ar condicionado móveis que usam R-134a ou R-1234yf como o refrigerante não podem operar de forma eficiente no modo de bomba de calor se a temperatura ambiente for menor do que cerca de -15 a

3 / 55 -20°C, porque sua pressão de evaporação na temperatura de evaporação necessária cairia abaixo da pressão atmosférica. Dióxido de carbono (R-744) é um refrigerante de alta pressão que pode funcionar bem como um fluido de bomba de calor de baixa temperatura. No entanto, seu desempenho no modo de ar condicionado para sistemas automotivos é conhecido por ser pior (menos eficiente em termos de energia) do que R-134a ou R-1234yf em temperaturas ambiente moderadas a altas.

[0011] Existe uma necessidade de uma composição de refrigerante que possa operar de modo eficiente em um sistema móvel, por exemplo, automotivo, de bomba de calor para veículos de aquecimento, especialmente veículos elétricos. Há uma necessidade de encontrar um fluido de refrigerante de trabalho para uso em um sistema móvel combinado de bomba de calor/ar- condicionado em um veículo elétrico que seja capaz de operar como um fluido de trabalho de ciclo de bomba de calor com uma pressão de sucção positiva (maior que a atmosférica) em temperaturas de evaporação de até cerca de - 30°C, ao mesmo tempo que geram um desempenho aceitável (eficiência energética) quando usado no modo de ar condicionado. Além disso, qualquer novo refrigerante a ser desenvolvido para um sistema automotivo deve ter um Potencial de Aquecimento Global (GWP) menor do que 150 para cumprir a legislação ambiental europeia.

[0012] Descobriu-se que as composições de 1,1-difluoroetileno (R- 1132a; fluoreto de vinilideno) com outros refrigerantes de hidrofluorocarbono oferecem o potencial para desempenho melhorado em comparação com R- 1234yf quando usado em sistemas de bomba de calor automotivos, particularmente para veículos elétricos. As composições também podem oferecer um desempenho aceitável quando usadas no modo de ar condicionado. As composições são capazes de abstrair o calor do ambiente em temperaturas ambientes mais baixas do que é possível com R-1234yf ou R-134a e, além disso, podem oferecer maior eficiência energética. Esta é uma

4 / 55 combinação de propriedades especialmente desejável para uso em veículos elétricos, que de outra forma devem usar a energia da bateria para fornecer calor para o conforto dos passageiros.

[0013] Por conseguinte, em um primeiro aspecto, a presente invenção fornece um uso como refrigerante em um sistema de bomba de calor em um veículo elétrico de uma composição que compreende 1,1-difluoroetileno (R- 1132a) e pelo menos um composto de refrigerante de fluorocarbono selecionado a partir do grupo que consiste em 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (R- 1234yf), difluorometano (R-32), 1,3,3,3-tetrafluoropropeno (R-1234ze(E)) e 1,1-difluoroetano (R-152a).

[0014] Convenientemente, a composição de refrigerante compreende ainda pelo menos um dentre trifluoroetileno (R-1123), trifluoroiodometano (CF3I), dióxido de carbono (R-744, CO2) e 1,1,1,2-tetrafluoroetano (R-134a).

[0015] Em um aspecto adicional, a invenção fornece um uso como um refrigerante em um sistema de bomba de calor em um veículo elétrico de uma composição que compreende 1,1-difluoroetileno (R-1132a) e trifluoroiodometano (CF3I). Preferencialmente, a composição de refrigerante compreende de cerca de 1 a cerca de 30% em peso de R-1132a e de cerca de 70 a cerca de 99% em peso de CF3I.

[0016] As composições preferenciais da invenção contêm de 1 a 30% em peso ou de 1 a 20% em peso, tal como cerca de 3 a 15% em peso do 1,1- difluoroetileno (R-1132a) com base no peso total da composição de refrigerante.

[0017] Em uma modalidade, a composição de refrigerante compreende 1,1-difluoroetileno (R-1132a), pelo menos um composto de refrigerante tetrafluoropropeno selecionado a partir do grupo que consiste em 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (R-1234yf) e 1,3,3,3-tetrafluoropropeno (R- 1234ze(E)) e opcionalmente difluorometano (R-32). Nesta modalidade, o R- 1132a está preferencialmente presente em uma quantidade de 1 a 20% em

5 / 55 peso com base no peso total da composição de refrigerante. Quando o difluorometano está incluído, o mesmo está preferencialmente presente em uma quantidade de 1 a 21% em peso com base no peso total da composição de refrigerante. Quer a composição desta primeira modalidade seja uma composição binária ou ternária, o tetrafluoropropeno selecionado fornece o equilíbrio da composição de refrigerante.

[0018] As composições preferenciais desta primeira modalidade incluem o seguinte: (i) Uma composição de refrigerante binária que compreende de 1 a 20% em peso de 1,1-difluoroetileno (R-1132a) e de 99 a 80% em peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (R-1234yf).

[0019] (ii) Uma composição de refrigerante binária que compreende de 1 a 20% em peso de 1,1-difluoroetileno (R-1132a) e de 99 a 80% em peso de 1,3,3,3-tetrafluoropropeno (R-1234ze(E)).

[0020] (iii) Uma composição de refrigerante ternária que compreende de 1 a 20% em peso de 1,1-difluoroetileno (R-1132a), de 1 a 21% em peso de difluorometano (R-32) e de 59 a 98% em peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (R-1234yf).

[0021] (iv) Uma composição de refrigerante ternário que compreende de 1 a 20% em peso de 1,1-difluoroetileno (R-1132a), de 1 a 21% em peso de difluorometano (R-32) e de 59 a 98% em peso de 1,3,3,3-tetrafluoropropeno (R-1234ze(E)).

[0022] Quando trifluoroiodometano (CF3I) está incluído na composição da invenção, normalmente está presente em uma quantidade menor do que de R-1234yf ou R-1234ze(E). Uma composição preferencial que contém CF3I da invenção compreende R-1132a, R-32, R-1234yf e CF3I, tal como 1 a 20% em peso de R-1132a, de 1 a 21% em peso de R-32, de 5 a 40% em peso de CF3I e de 19 a 93% em peso de R-1234yf.

[0023] Quando o dióxido de carbono (CO2) é incluído nas

6 / 55 composições da invenção, tipicamente o teor combinado de R-1132a e CO2 é menor do que cerca de 30% em peso, tal como menor do que cerca de 20% em peso. Uma composição preferencial que contém CO2 da invenção compreende R-1132a, R-32, R-1234yf e CO2.

[0024] Em outra modalidade, a composição de refrigerante compreende R-1132a, R-152a e opcionalmente R-32. As composições preferenciais desta modalidade incluem o seguinte: (i) Uma composição de refrigerante binária que compreende de 1 a 30% em peso de R-1132a e de 99 a 70% em peso de R-152a.

[0025] (ii) Uma composição de refrigerante ternária que compreende de 1 a 20% em peso de R-1132a, de 1 a 10% em peso de R-32 e de 70 a 98% em peso de R-152a.

[0026] Em uma outra modalidade, a composição de refrigerante compreende, opcionalmente consiste essencialmente em R-1132a, R-152a e R-1234yf. Normalmente, a quantidade de R-1132a presente em tais composições varia de 1 a 20% em peso. As composições preferenciais desta modalidade incluem uma composição que compreende de 2 a 14% em peso de R-1132a (tal como de 4 a 10% em peso), de 2 a 96% em peso de R-152a e de 2 a 96% em peso de R-1234yf. Preferencialmente, o R-152a está presente nessas composições em uma quantidade de 4 a 80% em peso, tal como de 5 a 30% em peso. Preferencialmente, o R-1234yf está presente em tais composições em uma quantidade de 4 a 96% em peso, 60 a 94% em peso de R-1234yf.

[0027] Em uma outra modalidade, a composição de refrigerante compreende R-1132a, R-32, R-152a e pelo menos um composto de refrigerante de tetrafluoropropeno selecionado a partir do grupo que consiste em R-1234yf e R-1234ze(E). As composições preferenciais desta terceira modalidade incluem o seguinte: (i) Uma composição de refrigerante quaternário que

7 / 55 compreende de 1 a 20% em peso de 1,1-difluoroetileno (R-1132a), de 1 a 21% em peso de difluorometano (R-32) e de 59 a 98% em peso de uma mistura de 1,1-difluoroetano (R-152a) e 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (R- 1234yf) em qualquer proporção.

[0028] (ii) Uma composição de refrigerante quaternário que compreende de 1 a 20% em peso de 1,1-difluoroetileno (R-1132a), de 1 a 21% em peso de difluorometano (R-32) e de 59 a 98% em peso de uma mistura de 1,1-difluoroetano (R-152a) e 1,3,3,3-tetrafluoropropeno (R- 1234ze(E)) em qualquer proporção.

[0029] As composições de refrigerante da invenção também podem conter R-134a, tipicamente em uma quantidade de cerca de 1 a cerca de 10% em peso com base no peso total da composição de refrigerante. As composições que contêm R-134a preferenciais incluem aquelas que compreendem R-1132a, CF3I e R-134a; R-1132a, R-1234yf e R-134a; R- 1132a, R-1234ze(E) e R-134a; R-1132a, R-1234yf, R-32 e R-134a; R-1132a, R-1234ze(E), R-32 e R-134a; R-1132a, R-1234yf, CF3I e R-134a; R-1132a, R-1234ze(E), CF3I e R-134a; R-1132a, R-152a e R-134a; R-1132a, R-152a, R-32 e R-134a; R-1132a, R-1234yf, R-152a e R-134a (tal como de cerca de 1 a cerca de 20% em peso de R-1132a, de cerca de 5 a cerca de 25% em peso de R-152a, de cerca de 1 a cerca de 10% em peso de R-134a e de cerca de 93 a cerca de 45% em peso de R-1234yf); e R-1132a, R-1234ze(E), R-152a e R- 134a.

[0030] Quando trifluoroetileno (R-1123) é incluído nas composições da invenção, tipicamente está presente em menos de cerca de 30% em peso, tal como menos de cerca de 20% em peso. Uma composição que contém R- 1123 preferencial da invenção compreende R-1132a, R-1123 e R-1234yf, preferencialmente, cerca de 1 a cerca de 20% em peso de R-1132a, de cerca de 1 a cerca de 20% em peso de R-1123 e de cerca de 98 a cerca de 60% em peso de R-1234yf. As composições que contêm R-1123 preferenciais são

8 / 55 aquelas em que o teor molar máximo de R-1123 na mescla conforme formulado e no vapor em equilíbrio com a mescla será menor que cerca de 55% a temperaturas de -40°C ou maior. Isso é para reduzir o risco de desproporção de R-1123 (reação própria). Prevê-se que as composições descritas acima e as composições tabuladas (consultar Exemplos 24 a 27 abaixo) atendam a esses critérios.

[0031] Certas composições da presente invenção compreendem, opcionalmente, consistem essencialmente em R-1132a e R-32, preferencialmente, de cerca de 68 a cerca de 99% em peso de R-1132a e de cerca de 1 a cerca de 32% em peso de R-32, por exemplo, de cerca de 72 a cerca de 96% em peso de R-1132a e de cerca de 4 a cerca de 28% em peso de R-32. Essas composições podem conter substancialmente nenhum R-1234yf.

[0032] Outras composições da presente invenção compreendem, opcionalmente, consistem essencialmente em R-1132a, R-32 e CO2, preferencialmente, de cerca de 1 a cerca de 20% em peso de R-1132a, de cerca de 1 a cerca de 32% em peso de R-32 e de cerca de 50 a cerca de 95% em peso de CO2, tal como de cerca de 2 a cerca de 15% em peso de R-1132a, de cerca de 2 a cerca de 32% em peso de R-32 e de cerca de 55 a cerca de 93% em peso de CO2, tal como cerca de 64 a cerca de 93% em peso de dióxido de carbono, de cerca de 2 a cerca de 25% em peso de difluorometano e cerca de 2 a cerca de 14% em peso de R-1132a, por exemplo, de cerca de 65 a cerca de 93% em peso de dióxido de carbono, de cerca de 2 a cerca de 22% em peso de difluorometano e cerca de 2 a cerca de 14% em peso de R-1132a. Essas composições podem conter substancialmente nenhum R-1234yf.

[0033] Por “substancialmente nenhum” é incluído o significado de que as composições da invenção contêm 0,5% em peso ou menos do componente indicado, preferencialmente, 0,1% ou menos, com base no peso total da composição.

[0034] Conforme usado neste documento, todas as % mencionadas

9 / 55 em composições no presente documento, incluindo nas reivindicações, estão em peso com base no peso total das composições, a menos que indicado de outra forma.

[0035] Em uma modalidade, as composições podem consistir essencialmente nos componentes indicados. Pelo termo “consistir essencialmente em” é incluído o significado de que as composições da invenção não contêm substancialmente nenhum outro componente, particularmente nenhum outro (hidro)(fluoro)composto (por exemplo, (hidro)(fluoro)alcanos ou (hidro)(fluoro)alquenos) conhecidos por serem usados em composições de transferência de calor. O termo “consistir em” é incluído dentro do significado de “consistir essencialmente em”.

[0036] Para evitar dúvidas, será entendido que os valores superiores e inferiores indicados para faixas de quantidades de componentes nas composições da invenção descritas neste documento podem ser intercambiados de qualquer maneira, desde que as faixas resultantes estejam dentro do escopo mais amplo da invenção.

[0037] As composições de refrigerante serão tipicamente combinadas com um lubrificante quando usadas em uma bomba de calor ou bomba de calor e sistema de ar condicionado combinados. Lubrificantes adequados incluem ésteres de poliol, tais como ésteres de neopentil poliol e polialquilenoglicóis, preferencialmente, terminados em uma ou ambas as extremidades com um grupo alquila, por exemplo, uma C1-4 alquila.

[0038] As composições da invenção têm potencial zero de depleção de ozônio.

[0039] Tipicamente, as composições da invenção têm um GWP menor que cerca de 150, tal como menor que cerca de 100, por exemplo, menor que cerca de 50.

[0040] Tipicamente, as composições da presente invenção são de risco reduzido de inflamabilidade quando comparadas a R-1132a.

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[0041] A inflamabilidade pode ser determinada de acordo com a Norma 34 da ASHRAE incorporando a Norma E-681 da ASTM com metodologia de teste conforme a Addendum 34p de 2004, cujo conteúdo integral é incorporado ao presente documento a título de referência.

[0042] Em um aspecto, as composições têm um ou mais de (a) um limite inflamável inferior mais alto; (b) uma energia de ignição mais alta (c) uma temperatura de autoignição mais alta (d) uma velocidade de chama mais baixa em comparação com R-1132a sozinho. Preferencialmente, as composições da invenção são menos inflamáveis em comparação com R- 1132a em um ou mais dos seguintes aspectos: limite inflamável inferior a 23°C; limite inflamável inferior a 60°C; amplitude de faixa inflamável em 23°C ou 60°C; temperatura de autoignição (temperatura de decomposição térmica); energia de ignição mínima em ar seco ou velocidade de chama. Os limites inflamáveis e a velocidade de queima são determinados de acordo com os métodos especificados em ASHRAE-34 e a temperatura de autoignição é determinada em um frasco de vidro de 500 ml pelo método de ASTM E659-78.

[0043] As composições preferenciais da invenção são aquelas que têm velocidade de queima laminar menor do que 10 cm/s, e especialmente preferenciais são aquelas em que a formulação e a “formulação fracionada de pior caso” ambas têm velocidade de queima abaixo de 10 cm/s, o que significa que serão classificado como “2L” inflamável de acordo com o Padrão 34 da ASHRAE.

[0044] Em uma modalidade preferencial, as composições da invenção não são inflamáveis. Por exemplo, as composições da invenção não são inflamáveis a uma temperatura de teste de 60°C com uso da metodologia ASHRAE-34. Vantajosamente, as misturas de vapor que existem em equilíbrio com as composições da invenção a qualquer temperatura entre cerca de -20°C e 60°C também são não inflamáveis.

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[0045] Em algumas aplicações, pode não ser necessário que a formulação seja classificada como não inflamável pela metodologia ASHRAE-34. É possível desenvolver fluidos cujos limites de inflamabilidade serão suficientemente reduzidos no ar para torná-los seguros para uso na aplicação, por exemplo, se não for fisicamente possível fazer uma mistura inflamável por meio do vazamento da carga do equipamento de refrigeração para o ambiente.

[0046] Em uma modalidade, as composições da invenção têm uma inflamabilidade classificável como 1 ou 2L, de acordo com o método de classificação da Norma 34 de ASHRAE, indicando não inflamabilidade (classe 1) ou um fluido fracamente inflamável com velocidade de chama menor do que 10 cm/s (classe 2L).

[0047] As composições da invenção tem, preferencialmente, uma queda de temperatura em um evaporador ou condensador menor do que cerca de -258,15 oC (15 K), com mais preferência, menor que cerca de -263,15 oC (10 K) e ainda mais preferencialmente menor do que cerca de -268,15 oC (5 K).

[0048] As composições da presente invenção são úteis em aplicações móveis, por exemplo automotivas, de bomba de calor e também exibem um desempenho aceitável em aplicações de ar condicionado móveis. As composições podem fornecer benefícios particulares quando a bomba de calor e/ou sistema de ar condicionado é usado em um veículo elétrico, seja um veículo puramente elétrico ou híbrido.

[0049] A menos que indicado de outra forma, deve ser entendido que o termo “veículo elétrico” se refere tanto a veículos puramente elétricos quanto a veículos que usam eletricidade como um dos vários meios de propulsão, tais como veículos híbridos.

[0050] Preferencialmente, no uso da invenção, as composições de refrigerante evaporam a temperaturas abaixo de cerca de -30 oC, permitindo

12 / 55 assim a operação da bomba de calor em temperaturas do ar ambiente tão baixas quanto -25 a -30 oC.

[0051] Consequentemente, em um aspecto adicional, a presente invenção fornece um veículo elétrico com uma bomba de calor e/ou sistema de ar condicionado que usa uma composição de refrigerante do primeiro aspecto da invenção. A composição de refrigerante pode ser conforme descrito em qualquer uma das modalidades discutidas acima.

[0052] Consequentemente, a invenção também fornece (i) um método para produzir resfriamento em um veículo elétrico, cujo método compreende a evaporação de uma composição de refrigerante da invenção nas proximidades de um corpo a ser resfriado; e (ii) um método de produção de aquecimento em um veículo elétrico, método que compreende condensar uma composição de refrigerante da invenção nas proximidades de um corpo a ser aquecido.

[0053] A invenção é ilustrada pelos exemplos não limitantes a seguir.

EXEMPLOS

[0054] A invenção é agora ilustrada por modelagem de ciclo teórico de desempenho de composições selecionadas da invenção em um ciclo de bomba de calor e em um ciclo de ar condicionado. O R-1234yf foi escolhido como refrigerante de referência para ambos os ciclos.

[0055] A modelagem foi realizada em Microsoft Excel com uso do NIST REFPROP10 como fonte de dados termodinâmicos. O equilíbrio de fase das misturas de R-1132a com R-32 e R-1234yf foi estudado primeiramente com uso de um aparelho de volume constante para medir a pressão de vapor de misturas binárias de R-1132a/R-32 ou R-1132a/R-1234yf em uma faixa de temperaturas de -70°C a +40°C. Esses dados foram, então, regredidos para gerar parâmetros de interação binários para uso em REFPROP que reproduziu os dados experimentais.

[0056] Para o ciclo da bomba de calor, as seguintes condições foram

13 / 55 assumidas: Seção de Entrada de Dados R1234yf Taxa de aquecimento kW 4 Temperatura média do condensador °C 45 Temperatura média do evaporador °C -20 Subresfriamento do condensador °C (K) -268,15 (5) Superaquecimento do evaporador °C (K) -268,15 (5) Queda de pressão do evaporador bar 0 Queda de pressão da linha de sucção bar 0 Queda de pressão do condensador bar 0 Superaquecimento de sucção do compressor °C (K) -263,15 (10) Eficiência isentrópica 65%

[0057] O ciclo modelado incluiu injeção de vapor de pressão intermediária de vapor refrigerante para melhorar o desempenho do ciclo. Para cada composição, a pressão de injeção ideal foi determinada de modo a maximizar o Coeficiente de Desempenho (COP) para aquecimento.

[0058] Os resultados para as misturas binárias e ternárias selecionadas da invenção estão resumidos nos Exemplos 1 a 8 seguintes. Constatou-se que a incorporação de R-1132a aumentou o COP (eficiência energética) e aumentou a pressão de evaporação dos refrigerantes em comparação com R- 1234yf. A mesma também reduziu o fluxo volumétrico de refrigerante que precisaria ser bombeado através do sistema, indicando que as perdas por queda de pressão seriam reduzidas em comparação com R-1234yf. Para fins de comparação, os dados de desempenho modelados de duas mesclas comercialmente disponíveis (R-454C e R-516A) também são fornecidos na tabela abaixo:

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Petição 870210014435, de 11/02/2021, pág. 31/74 21 / 55

*Dados de desempenho comparativos para uma composição que compreende 0% em peso de R- 1132a, 21,5% em peso de R-32 e 78,5% em peso de R-1234yf (não de acordo com a invenção)

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[0059] O desempenho do ar condicionado foi então avaliado (Exemplos 9 e 10) com uso das seguintes condições de modelagem de ciclo teórico que representam a operação em uma condição ambiente de alta temperatura: Seção de Entrada de Dados R1234yf Ciclo de resfriamento kW 6 Temperatura média do condensador °C 65 Temperatura média do evaporador °C 5 o Subresfriamento do condensador C (K) -268,15 (5) o Superaquecimento do evaporador C (K) -268,15 (5) Queda de pressão do evaporador bar 0 Queda de pressão da linha de sucção bar 0 Queda de pressão do condensador bar 0 o Superaquecimento de sucção do compressor C (K) -263,15 (10) Eficiência isentrópica 65%

[0060] Foi possível obter desempenho melhorado do modo de aquecimento e também obter desempenho do modo de resfriamento, em que o COP teórico para resfriamento estava dentro de cerca de 10% do obtido com R-1234yf. Os fluidos da invenção operam em pressão mais alta e fluxos de massa/volumétricos reduzidos em comparação com R-1234yf, o que significa que as perdas de eficiência em um sistema real de efeitos de queda de pressão também seriam reduzidas em comparação com R-1234yf.

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[0061] O desempenho de composições binárias, ternárias e quaternárias selecionadas da presente invenção em um ciclo de bomba de calor é ainda demonstrado nos Exemplos 11 a 34 abaixo. Novamente, o R- 1234yf foi escolhido como refrigerante de referência para o ciclo.

[0062] As seguintes condições operacionais foram assumidas: Seção de Entrada de Dados R-1234yf Deslocamento do compressor m3/h 16,5 Temperatura média do condensador °C 45,0 Temperatura média do evaporador °C -25,0 o Subresfriamento do condensador C (K) -270,15 (3,0) o Superaquecimento do evaporador C (K) -272,15 (1,0) Queda de pressão do evaporador bar 0,20 Queda de pressão da linha de sucção bar 0,10 Queda de pressão do condensador bar 0,20 o Superaquecimento de sucção do compressor C (K) -263,15 (10,0) Eficiência isentrópica 65,0%

[0063] Em suma, os dados de desempenho modelados demonstram as seguintes vantagens das composições de acordo com a presente invenção:

[0064] (a) eficiência energética essencialmente equivalente ou melhorada (COP) na operação de ciclo do modo de aquecimento em comparação com R-1234yf sozinho

[0065] (b) aumento da pressão de evaporação, que leva à maior capacidade volumétrica e melhor capacidade de operar em temperaturas do ar externo mais baixas.

[0066] Além disso, o desempenho no ciclo de ar condicionado de misturas binárias selecionadas que compreendem R-1132a e R-32 e misturas ternárias que compreendem R-1132a, R-32 e CO2 é demonstrado nos Exemplos 35 a 37 abaixo.

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[0068] O Exemplo 38 ilustra os dados de desempenho de uma composição ternária que compreende 8% em peso R-1132a, 11% em peso R- 32 e 81% em peso R-1234yf em um sistema móvel de bomba de calor/ar- condicionado para uso em um carro elétrico.

[0069] O desempenho do sistema foi executado no modo de resfriamento (ar condicionado) de acordo com o padrão SAE J2765 sob três condições de teste, usando o mesmo tamanho de carga de refrigerante para a mistura que para R-1234yf. A velocidade do compressor foi reduzida para que a mescla alcançasse a mesma capacidade de resfriamento do R-1234yf em cada ponto de teste, de acordo com a prática padrão para comparação de diferentes refrigerantes.

[0070] Os resultados são mostrados abaixo e ilustrados nas Figuras 2 e 3. A composição testada foi capaz de fornecer eficiência energética melhorada em cada ponto de teste, com o Coeficiente de Desempenho (COP) que varia de 110% a 125% do valor de R-1234yf.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Uso como um refrigerante em um sistema de bomba de calor em um veículo elétrico de uma composição caracterizado pelo fato de que compreende 1,1-difluoroetileno (R-1132a) e pelo menos um composto de refrigerante de fluorocarbono selecionado a partir do grupo que consiste em 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (R-1234yf), difluorometano (R-32), 1,3,3,3- tetrafluoropropeno (R-1234ze(E)) e 1,1-difluoroetano (R-152a).

2. Uso de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante compreende ainda pelo menos um dentre trifluoroetileno (R-1123), trifluoroiodometano (CF3I), dióxido de carbono (R-744, CO2) e 1,1,1,2-tetrafluoroetano (R-134a).

3. Uso como refrigerante em um sistema de bomba de calor em um veículo elétrico de uma composição que compreende 1,1- difluoroetileno (R-1132a) e trifluoroiodometano (CF3I), caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante compreende, preferencialmente, de cerca de 1 a cerca de 30% em peso de R-1132a e de cerca de 70 a cerca de 99% em peso de CF3I.

4. Uso de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante compreende R-1132a, R-152a e R- 1234yf, preferencialmente, de 2 a 14% em peso de R-1132a, de 2 a 96% em peso de R-152a e de 2 a 96% em peso de R-1234yf, tal como de 4 a 10% em peso de R-1132a, de 2 a 30% em peso de R-152a e de 60 a 94% em peso de R-1234yf.

5. Uso de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante compreende R-1132a, pelo menos um composto de refrigerante de tetrafluoropropeno selecionado a partir do grupo que consiste em R-1234yf e R-1234ze(E), e opcionalmente difluorometano (R-32).

6. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5,

caracterizado pelo fato de que o R-1132a está presente em uma quantidade de 1 a 30% em peso, preferencialmente, de 1 a 20% em peso, tal como de cerca de 3 a cerca de 15% em peso, com base no peso total da composição de refrigerante.

7. Uso de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que R-32 está presente em uma quantidade de 1 a 21% em peso com base no peso total da composição de refrigerante.

8. Uso de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante compreende: de 1 a 20% em peso de R-1132a e de 99 a 80% em peso de R- 1234yf; de 1 a 20% em peso de R-1132a e de 99 a 80% em peso de R- 1234ze (E); de 1 a 20% em peso de R-1132a, de 1 a 21% em peso de R-32 e de 59 a 98% em peso de R-1234yf; ou de 1 a 20% em peso de R-1132a, de 1 a 21% em peso de R-32 e de 59 a 98% em peso de R-1234ze (E).

9. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante compreende ainda CF3I, preferencialmente, em que o CF3I está presente em uma quantidade menor que R-1234yf ou R-1234ze(E).

10. Uso de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante compreende R-1132a, R-32, R- 1234yf e CF3I.

11. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante compreende ainda CO2 (R-744), preferencialmente, em que o teor de CO2 e R-1132a combinado é menor do que cerca de 30% em peso, tal como menor do que cerca de 20% em peso.

12. Uso de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante compreende R-1132a, R-32, R- 1234yf e CO2.

13. Uso de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 6, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante compreende R-1132a, R-152a e opcionalmente R-32.

14. Uso de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante compreende: de 1 a 30% em peso de R-1132a e de 99 a 70% em peso de R- 152a; ou de 1 a 20% em peso de R-1132a, de 1 a 10% em peso de R-32 e de 70 a 98% em peso de R-152a.

15. Uso de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 6, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante compreende R-1132a, R-32, R- 152a e pelo menos um composto de refrigerante de tetrafluoropropeno selecionado a partir do grupo que consiste em R-1234yf e R-1234ze(E).

16. Uso de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante compreende: de 1 a 20% em peso de R-1132a, de 1 a 21% em peso de R-32 e de 59 a 98% em peso de uma mistura de R-152a e R-1234yf; ou de 1 a 20% em peso de R-1132a, de 1 a 21% em peso de R-32 e de 59 a 98% em peso de uma mistura de R-152a e R-1234ze(E).

17. Uso de acordo com qualquer das reivindicações 3 a 9 ou 13 a 16, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante compreende ainda R-134a, preferencialmente, em uma quantidade de cerca de 1 a cerca de 10% em peso de R-134a.

18. Uso de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante compreende R-1132a, R-1123 e R- 1234yf, preferencialmente, de cerca de 1 a cerca de 20% em peso de R-1132a,

de cerca de 1 a cerca de 20% em peso de R-1123 e de cerca de 98 a cerca de 60% em peso de R-1234yf.

19. Uso de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante compreende R-1132a, R-152a, R- 134a e R-1234yf, preferencialmente, de cerca de 1 a cerca de 20% em peso de R-1132a, de cerca de 5 a cerca de 25% em peso de R-152a, de cerca de 1 a cerca de 10% em peso de R-134a e de cerca de 93 a cerca de 45% em peso de R-1234yf.

20. Uso de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante compreende R-1132a e R-32, preferencialmente, de cerca de 68 a cerca de 99% em peso de R-1132a e de cerca de 1 a cerca de 32% em peso de R-32, por exemplo, de cerca de 72 a cerca 96% em peso de R-1132a e de cerca de 4 a cerca de 28% em peso de R-

32.

21. Uso de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante compreende R-1132a, R-32 e CO2, preferencialmente, de cerca de 1 a cerca de 20% em peso de R-1132a, de cerca de 1 a cerca de 32% em peso de R-32 e de cerca de 50 a cerca de 95% em peso de CO2, tal como de cerca de 2 a cerca de 15% em peso de R-1132a, de cerca de 2 a cerca de 32% em peso de R-32 e de cerca de 55 a cerca de 93% em peso de CO2, por exemplo, de cerca de 64 a cerca de 93% em peso de dióxido de carbono, cerca de 2 a cerca de 25% em peso de difluorometano e cerca de 2 a cerca de 14% em peso de R-1132a, por exemplo, cerca de 65 a cerca de 93% em peso de dióxido de carbono, de cerca de 2 a cerca de 22% em peso de difluorometano e cerca de 2 a cerca de 14% em peso de R-1132a.

22. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante tem um Potencial de Aquecimento Global (GWP) abaixo de 150.

23. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o sistema de bomba de calor também é adaptado para realizar o condicionamento de ar.

24. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 23, caracterizado pelo fato de que a composição consiste essencialmente nos componentes indicados.

25. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante é menos inflamável que R-1132a sozinho, preferencialmente, em que a composição de refrigerante tem: a. um limite inflamável mais alto; b. uma energia de ignição mais alta; e/ou c. uma velocidade de chama mais baixa em comparação com R-1132a sozinho.

26. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante não é inflamável, preferencialmente, em que a composição de refrigerante não é inflamável à temperatura ambiente, ou em que a composição não é inflamável a 60°C.

27. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o sistema de bomba de calor compreende ainda um lubrificante, preferencialmente, um lubrificante de polioléster (POE) ou polialquilenoglicol (PAG).

28. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante evapora a temperaturas abaixo de -30°C, preferencialmente, em que a composição de refrigerante também condensa a temperaturas acima de 40°C.

29. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a composição de refrigerante pode operar em modo de bomba de calor a uma temperatura ambiente menor do que cerca de -15°C, preferencialmente, menor do que acima de -20°C.

30. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a composição tem uma queda de temperatura em um evaporador ou condensador de menos que cerca de - 258,15°C (15 K), preferencialmente, menos do que cerca de -263,15°C (10 K), tal como menos do que cerca de -268,15°C (5 K).

31. Veículo elétrico caracterizado pelo fato de que é equipado com um sistema de bomba de calor e uma composição de refrigerante, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 30.

32. Método de produção de resfriamento em um veículo elétrico, em que o método é caracterizado pelo fato de que compreende a evaporação de uma composição de refrigerante, como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 30, nas proximidades de um corpo a ser resfriado.

33. Método para produzir aquecimento em um veículo elétrico, em que o método é caracterizado pelo fato de que compreende a condensação de uma composição de refrigerante, como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 30, nas proximidades de um corpo a ser aquecido.