BRPI0707052B1 - Composição refrigerante, e uso de uma composição refrigerante - Google Patents

Composição refrigerante, e uso de uma composição refrigerante Download PDF

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Edward Poole John
Powell Richard
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Abstract

composição refrigerante. trata-se de uma composiçào refrigerante que consiste essencialmente em três componentes de hidrofluorocarbono selecionados entre hfc134a, hfcl25 e hfcl43a e um aditivo selecionado de um hidrocarboneto saturado ou insaturado ou de uma mistura dos mesmos com ponto de ebulição na faixa de -50ºc e + 40ºc.

Description

(54) Título: COMPOSIÇÃO REFRIGERANTE, E USO DE UMA COMPOSIÇÃO REFRIGERANTE (51) Int.CI.: C09K 5/04 (30) Prioridade Unionista: 03/03/2006 GB 0604305.3, 17/10/2006 GB 0620570.2 (73) Titular(es): ROL HOLDINGS LIMITED (72) Inventor(es): JOHN EDWARD POOLE; RICHARD POWELL
1/29
COMPOSIÇÃO REFRIGERANTE, E USO DE UMA COMPOSIÇÃO REFRIGERANTE
A presente invenção refere-se a composições refrigerantes. A invenção refere-se particularmente a composições refrigerantes que não têm nenhum efeito adverso no ozônio estratosférico. A invenção também se refere a composições que se prestam a ser utilizadas nos sistemas de refrigeração e de ar condicionado destinados à utilização de Substâncias Esgotadoras de Ozônio (SEO) tais como HCFC22 (clorodifluorometano) e também para serem utilizadas em equipamentos novos. Estas composições refrigerantes são compatíveis com os lubrificantes encontrados geralmente em sistemas de refrigeração e de ar condicionado e também os lubrificantes sintéticos novos (por exemplo, os óleos de éster de poliol).
Embora um cuidado considerável seja tomado para impedir o escapamento do refrigerante rumo à atmosfera, em ocasiões isto realmente ocorre. Em alguns territórios a emissão dos hidrocarbonetos é regulada para minimizar a geração do ozônio troposférico causada pelo efeito da luz solar nos hidrocarbonetos misturados com o oxigênio. Para minimizar a contribuição do hidrocarboneto para a atmosfera pelo vazamento de misturas que são o objeto da presente invenção, o teor de hidrocarboneto deve ser preferivelmente menor do que 5%, e mais preferivelmente menor do que 3,5%.
As composições da presente invenção também podem ser utilizadas em equipamento destinado a substâncias nãoesgotadoras de ozônio.
É bem sabido que os clorofluorocarbonos (CFCs) tais como CFC12 e CFC502, e os hidroclorofluorocarbonos tal como HCFC22, enquanto que são poupadores de energia, nãoinflamáveis e de baixa toxicidade, migram para a estratosfera, onde são decompostos pela luz ultravioleta para atacar a camada de ozônio. É desejável substituir essas de 10/10/2017, pág. 15/32
O?
Ο
2/29
Substâncias Esgotadoras de Ozônio por alternativas nãoesgotadoras de ozônio, tais como hidrofluorocarbonos (HFCs) que também são não-inflamãveis, eficientes e de baixa toxicidade. Hã seis HFCs principais, a saber, HFC134a, HFC32,
HFC125, HFC143a, HFC227ea e HFC152a, os quais, tanto individualmente quanto misturados em misturas, podem substituir CFCs e HCFCs. Embora o HFC134a, o HFC227ea e o HFC152a possam ser utilizados para substituir SEO diretamente, o HFC32, o HFC143a e o HFC125 são encontrados geralmente em misturas como substitutos de SEO. No entanto, os HFCs não têm a solubilidade adequada em lubrificantes tradicionais tais como óleos minerais e de alquil benzeno, de modo que lubrificantes sintéticos contendo oxigênio foram introduzidos especificamente para equipamentos novos. Estes lubrificantes novos são caros e higroscópicos.
Misturas de refrigerantes tais como R404A, R507,
R410A, R407C e outros têm sido comercializadas como substitutas de CFCs e HCFCs mas, devido ao fato que essas composições contêm somente componentes de HFC, elas não podem ser utilizadas com os lubrificantes tradicionais encontrados geralmente em uso com CFCs e HCFCs. Se essas misturas tiverem que ser utilizadas para substituir CFCs e HCFCs em equipamentos existentes, os principais fabricantes de produtos químicos recomendam que não mais do que 5% do lubrificante tradicional no sistema seja retido de modo que uma mudança virtualmente completa do lubrificante era um lubrificante sintético contendo oxigênio ou um retroajuste completo possam ser requeridos. Isto é normalmente dispendioso e tecnicamente insatisfatório.
Embora os fabricantes de equipamentos tenham adaptado as suas unidades para que operem com misturas de HFC, foi verificado que os produtos comercialmente disponíveis não são tão satisfatórios quanto os CFCs e os
3/29 $
HCFCs. Em particular para assegurar o retorno adequado do óleo, os lubrificantes de hidrocarboneto, tal como o óleo mineral, foram substituídos por lubrificantes contendo oxigênio, principaimente ésteres de poliol e glicóis de polialquileno. Infelizmente, estes materiais são passíveis de absorver a umidade atmosférica, especialmente durante a manutenção, o que pode contribuir para corrosão e desgaste excessivos no equipamento. Isto pode reduzir a confiabilidade do equipamento. Um objetivo da presente invenção consiste na apresentação de misturas de HFC/hidrocarboneto que permitam o uso continuado de óleos de hidrocarboneto em equipamentos existentes e novos.
Na busca por uma mistura refrigerante que possa ser prontamente utilizada para substituir R22 em equipamentos novos e existentes, é especialmente importante que a nova mistura tenha uma capacidade de refrigeração apropriada. A capacidade deve ser pelo menos 90% daquela do fluido que ela estiver substituindo, mais preferivelmente pelo menos 95% daquela do fluido que estiver substituindo, e mais preferivelmente igual ou maior do que aquela do fluido que estiver substituindo sob condições operacionais similares. A presente invenção refere-se a composições refrigerantes que têm capacidades similares a R22 através da faixa de aplicações para ar condicionado e refrigeração de temperaturas altas a baixas onde o R22 é normalmente encontrado.
Alguns refrigerantes, tal como o R407C, têm amplas transições de temperatura (> 4°C) no evaporador e no condensador. Os fabricantes de equipamentos, baseados em sua experiência com fluidos simples de CFC/HCFC ou azeótropos, preferem refrigerantes com baixas transições. Um objetivo adicional da presente invenção é a apresentação de misturas de HFC/hidrocarboneto que podem ser substituídas no lugar de
4/29 misturas de HCFC 22 e HFC, tal como R407C, a fim de permitir o uso continuado de lubrificantes de hidrocarboneto no equipamento e minimizar as transições de temperatura nos trocadores de calor pela provisão de formulações azeotrópicas e quase azeotrópicas.
Vários termos foram utilizados na literatura de patentes para descrever misturas refrigerantes. As seguintes definições são tiradas da Norma 34 da American Society of Heating, Refrigerating & Air Conditioning Engineers (ASHRAE):
Azeótropo: uma mistura azeotrópica é aquela que contém dois ou mais refrigerantes cujas composições de fases de vapor e de líquido em equilíbrio são as mesmas a uma determinada pressão. As misturas azeotrópicas exibem alguma segregação de componentes em outras condições. A extensão da segregação depende do azeótropo particular e da aplicação.
Temperatura azeotrópica: a temperatura em que as fases de líquido e de vapor de uma mistura têm o mesmo fracionamento molar de cada componente em equilíbrio para uma pressão específica.
Quase azeótropo: uma mistura zeotrópica com uma transição de temperatura suficientemente pequena que pode ser negligenciada sem erros consequentes na análise para uma aplicação específica.
Zeótropo: mistura que compreende componentes múltiplos de volatilidades diferentes que, quando utilizada em ciclos de refrigeração, muda a composição volumétrica e as temperaturas de saturação enquanto evaporam (fervem) ou condensam a uma pressão constante.
Transição da temperatura: o valor absoluto da diferença entre as temperaturas inicial e final de um processo de mudança de fases por um refrigerante dentro de um componente de um sistema refrigerante, exclusivo de qualquer sub-resfriamento ou de superaquecimento. Este termo descreve
5/29
4:Ό geralmente a condensação ou a evaporação de um zeótropo.
A presente invenção refere-se a composições refrigerantes azeotrõpicas e quase zeotrópicas, que não são inflamáveis sob todas as condições de fracionamento tal como definidas sob a Norma 34 da ASHRAE, e que podem ser utilizadas para substituir SEO em uma unidade existente sem a necessidade de mudar o lubrificante ou fazer qualquer mudança significativa no hardware do sistema. No equipamento novo, as composições refrigerantes permitem o uso continuado de óleos de hidrocarboneto embora a unidade possa ser modificada para otimizar o desempenho do refrigerante novo, por exemplo, ao selecionar os comprimentos mais apropriados dos tubos capilares. Onde o ingresso de umidade ou outros problemas são experimentados com óleos contendo oxigênio, as composições novas permitem que tais óleos sejam substituídos por óleos de hidrocarboneto.
É sabido no estado da técnica que a adição de uma pequena quantidade de hidrocarboneto a uma composição refrigerante que contém um HFC ou misturas de HFC pode resultar em hidrocarboneto suficiente sendo dissolvido no lubrificante a ser transportado em torno do sistema de modo que a lubrificação do compressor seja mantida o tempo todo. É óbvio que, quanto maior o teor de hidrocarboneto da composição, maior a capacidade do refrigerante de transportar de volta o lubrificante ao compressor. No entanto, um teor demasiadamente elevado de hidrocarboneto pode conduzir a misturas inflamáveis. Embora os refrigerantes inflamáveis sejam aceitáveis em algumas aplicações, a presente invenção refere-se a composições não inflamáveis para serem utilizadas em equipamentos onde os refrigerantes inflamáveis são proibidos. No entanto, não está bem compreendido como se obtém composições não-inflamáveis sob todas as condições incluindo o fracionamento das composições refrigerantes que
6/29 <3 pode ocorrer durante um vazamento do refrigerante do sistema ou durante a armazenagem. A inflamabilidade em ambas as fases líquida e gasosa precisa ser levada em consideração.
Nem todos os HFCs são não-inflamáveis tal como definido sob a Norma 34 da ASHRAE. O HFC143a e o HFC32 não receberam uma avaliação não-inflamável feita pela ASHRAE. A presente invenção refere-se a composições de refrigerantes que cobrem não somente as misturas de HFCs não-inflamáveis com hidrocarbonetos, mas também as misturas de HFCs inflamáveis, de HFCs não-inflamáveis e de hidrocarbonetos nas proporções selecionadas que são selecionadas de modo que todas tais composições sejam não-inflamáveis durante o fracionamento enquanto são obtidos efeitos refrigerantes similares e desempenhos termodinâmicos como as misturas que de SEO e de HFC que elas substituem.
Embora a presente invenção esteja relacionada às composições refrigerantes que podem ser utilizadas com lubrificantes tradicionais tais como óleos minerais e de alquilbenzeno, elas também são apropriadas para serem utilizadas com lubrificantes sintéticos contendo oxigênio.
Na formulação de misturas de HFC/hidrocarboneto para substituir HCFC22 em aplicações específicas, algumas vezes é necessário utilizar um ou mais HFCs de baixo ponto de ebulição, com um ou mais HFCs de pontos de ebulição mais altos. Neste contexto preferido, os HFCs de pontos de ebulição mais baixos são o HFC143a e o HFC125, e o HFC de ponto de ebulição mais alto é o HFC134a.
Para evitar a inflamabilidade na mistura, ou em uma fração gerada por um vazamento, por exemplo, tal como definido pela Norma 34 da ASHRAE, a quantidade total de hidrocarboneto deve ser minimizada. Ao mesmo tempo, a quantidade da mistura de hidrocarboneto dissolvida no óleo precisa ser maximizada para o bom retorno do óleo,
7/29 especialmente nos locais no circuito onde o óleo está no seu ponto mais viscoso, por exemplo, o evaporador. Um dos componentes de HFC da presente invenção, ou seja, o HFC143a, tem uma classificação de segurança ASHRAE de A2 que torna a quantidade de HFC143a utilizado e a seleção do hidrocarboneto críticas para a obtenção de uma avaliação não-inflamável de Al para a mistura. Um hidrocarboneto de ponto de ebulição mais alto simples, tal como pentano ou iso-pentano, irá se concentrar na fase líquida. Isto é demonstrado pelos testes de vazamento realizados em uma mistura de HFC134a, HFC125 e pentano, tal como mostrado no Exemplo 1.
programa Refleak do National lnstitute for Standards & Technology (NIST) - que é amplamente utilizado para determinar o fracionamento de misturas refrigerantes sob todas as condições conforme necessário pela Norma 34 da ASHRAE - foi executado para as misturas que compreendem HFC134a, HFC143a e R125 com butano e isobutano que produziram os resultados mostrados no Exemplo 2, O acúmulo de butano na fase líquida até o final do vazamento era significativo em mais de 60% em comparação ao isobutano em aproximadamente 15%.
O programa Refleak também foi executado para as misturas que compreendem HFC134a, HFC143a e R125 com isobutano somente, tal como mostrado no Exemplo 3, é mostrado que o acúmulo de isobutano é consideravelmente menor do que o de butano na fase líquida no fracionamento no pior dos casos. Na patente número EP12380 39B1, Roberts ensina a inclusão de 2-metil propano (isobutano) nas misturas que contêm HFCs devido aos problemas de inflamabilidade no fracionamento no pior dos casos. Surpreendentemente, foi verificado que o uso de isobutano nas misturas que contêm HFC134a, HFC143a e HFC125 resulta em não-inflamabilidade no fracionamento no pior dos casos sob a Norma 34 da ASHRAE.
8/29
4S
A presente invenção permite que um HFC inflamável tal como HFC143a seja utilizado em uma mistura refrigerante não-inflamável, desse modo incrementando substantivamente o seu desempenho, particularmente a sua capacidade.
De acordo com a presente invenção uma composição refrigerante consiste essencialmente em:
um componente do hidrofluorocarbono que consiste em uma mistura de:
R134a, R125 e R143a e um aditivo selecionado de um hidrocarboneto saturado ou insaturado ou uma mistura dos mesmos com ebulição na faixa de -5 0°C e +40°C.
Nas realizações preferidas, a composição consiste em uma mistura do componente de hidrofluorocarbono e no componente de hidrocarboneto de modo que nenhuma quantidade substancial de quaisquer outros componentes ou outros gases esteja presente.
Em uma outra realização preferida, o hidrocarboneto está presente em uma quantidade de 0,1% a 5% e em que a composição é não-inflamável quando completamente na fase de vapor.
hexano, etano, dimetilbutano,
Em uma outra realização preferida, o hidrocarboneto está presente em uma quantidade de 0,1 a 5% e em que quando a composição está em um recipiente onde ambos o vapor e o líquido estão presentes, nem a fase de vapor nem a fase de líquido é inflamável.
As adições de hidrocarboneto podem ser selecionadas do grupo que consiste em 2-metilpropano, propano, 2,2dimetilpropano, n-butano, 2-metilbutano, ciclopentano, 2-metilpentano, 3-metilpentano, 2,2metilciclopentano, propeno, n-buteno, isobuteno, e as misturas destes.
Em uma realização adicional, uma composição
9/29 refrigerante que pode encontrar aplicação para substituir R22 compreende:
(i) de aproximadamente 10 a 35 por cento em peso de HFC134a, preferivelmente de 10 a 25 por cento em peso de HFC134a; e (ii) de aproximadamente 30 a 79,9 por cento em peso de HFC125, preferivelmente de 46 a 74,7 por cento em peso de HFC125; e (iii) de aproximadamente 10 a 30 por cento em peso de HFC143a, preferivelmente de 15 a 25 por cento em peso de HFC143a; e (iv) de aproximadamente 0,1 a 5 por cento em peso de butano ou isobutano ou propano, preferivelmente de 0,3 a 4 por cento em peso de butano ou isobutano ou propano.
Em uma realização adicional, uma composição refrigerante que pode encontrar aplicação para substituir R22 compreende:
(i) de aproximadamente 10 a 35 por cento em peso de HFC134a, preferivelmente de 10 a 25 por cento em peso, e mais preferivelmente de 15 a 20 por cento em pesos de HFC134a; e (ii) de aproximadamente 25 a 79,8 por cento em peso de HFC125, preferivelmente de 42 a 74,4 por cento em peso de HFC125, e mais preferivelmente de 53 a 67,4 por cento em peso de HFC125; e (iii) de aproximadamente 10 a 30 por cento em peso de HFC143a, preferivelmente de 15 a 25 por cento em peso de HFC143a, e mais preferivelmente de 17 a 22 por cento em peso de HFCl43a,· e (iv) misturas de butano de aproximadamente 0,1 a 5 por cento em peso de isobutano, de aproximadamente 0,1 a 5 por cento em peso, ou misturas de butano (0,1 a 5%) e de isopentano (0,1 a 5%) ou misturas de butano (0,1 a 5%) e de propano (0,1 a 5%) ou misturas de isobutano (0,1 a 5¾) e de
10/29
Ίο propano (0,1 a 5%), preferivelmente de 0,3 a 4 por cento em peso de misturas de butano (0,3 a 4%) e de isobutano (0,3 a 4%) ou misturas de butano (0,3 a 4%) e de isopentano (0,3 a 4%) ou misturas de butano (0,3 a 4%} e de propano (0,3 a 4%) ou misturas de isobutano (0,3 a 4%) e de propano (0,3 a 4%), mais preferivelmente uma mistura de 0,3 a 3 por cento em peso isobutano e de 0,3 a 2 por cento em peso de propano ou uma mistura de 0,3 a 3 por cento em peso de butano e de 0,3 a 2 por cento em peso de propano.
Em uma realização adicional, uma composição refrigerante que pode encontrar aplicação para substituir R22 compreende:
(i) de aproximadamente 10 a 35 por cento em peso de HFC134a, preferivelmente de 10 a 25 por cento em peso de HFC134a; e (ii) de aproximadamente 20 a 79,7 por cento em peso de HFC125, preferivelmente de 38 a 74,1 por cento em peso de HFC125; e (iii) de aproximadamente 10 a 30 por cento em peso de HFC143a, preferivelmente de 15 a 25 por cento em peso de HFC143a; e (iv) misturas de butano de aproximadamente 0,1 a 5
por cento em peso e de isobutano de aproximadamente 0,1 a 5
por cento em peso, e de propano de aproximadamente 0,1 a 5
por cento em peso, de preferivelmente de 0,3 a 4 por cento em
peso de misturas de butano (0,3 a 4%) e de isobutano (0,3 a
4 %) e de propano (0,3 a 4 %) . Uma composição que pode encontrar aplicação substituto para R22 consiste essencialmente em: R134a 16% R125 60% R143a 21% como um
Isobutano
2%
11/29 aplicação em:
em:
em:
em:
Propano Ainda uma como um sub 1% outra composição que pode encontrar essencialmente
stituto para R22 consiste
R134a 16%
R125 60%
R143a 21%
Butano 2%
Propano 1%
Uma composição preferida consiste essencialmente
R134a 10 a 35%
R125 79,9 a 30%
R143a 10 a 30%
Butano 0,1 a 5%
Uma composição preferida consiste essencialmente
RI 34 a 10 a 25%
R125 74,7 a 46%
R143a 15 a 25%
Butano 0,3 a 4%
Uma composição preferida consiste essencialmente
RI 34a 10 a 35%
R125 79,9 a 30%
R143a 10 a 30%
Isobutano 0,1 a 5%
Uma composição preferida consiste essencialmente
R134a 10 a 25%
R125 74,7 a 46%
R143a 15 a 25%
Isobutano 0,3 a 4%
12/29
Uma composição preferida consiste em:
essencialmente
R134a 10 a 35% 79,9 a 30%
R125
5 R143a 10 a 30%
Propano 0,1 a 5%
Uma composição preferida consiste
em:
R134a 10 a 25%
10 R125 74,7 a 46%
R143a 15 a 25%
Propano 0,3 a 4%
Uma composição preferida consiste
em i
15 R134a 10 a 35%
R125 79,8 a 25%
R143a 10 a 30%
Butano 0/1 3. 5 o
Isobutano 0/1 a 5%
20 Uma composição preferida consiste
em:
R134a 10 a 25%
R125 74,4 a 42%
R143a 15 a 25%
25 Butano 0,3 a 4%
Isobutano 0,3 a 4%
Uma composição preferida consiste
em:
essencialmente essencialmente essencialmente essencialmente
R134a 10 a 35%
R125 79,8 a 25
R143a 10 a 30%
Butano 0,1 a 5%
Isopentano 0,1 a 5%
13/29 em em em em
0 em
Uma composição preferida
R134a 10 a 25%
R125 74,4 a 42%
R143a 15 a 25%
Butano 0,3 a 4%
Isopentano 0,3 a 4%
Uma composiçãc > preferida
R134a 10 a 35%
R125 79,8 a 25%
R143a 10 a 30%
Butano 0,1 a 5%
Propano 0,1 a 5%
Uma composição preferida
consiste consiste
R134a 10 a 25%
R125 74,4 a 42%
R143a 15 a 25%
Butano 0,3 a 4%
Propano 0,3 a 4%
Uma composição preferida
R134a 10 a 35%
R125 79,8 a 25%
R143a 10 a 30%
Isobutano 0,1 a 5%
Propano 0,1 a 5%
consiste
Uma composição preferida
R134a 10 a 25%
R125 74 ,4 a 42
R143a 15 a 25%
consiste consiste essencialmente essencialmente essencialmente essencialmente essencialmente
14/29 consiste essencialmente em
Isobutano 0,3 a 4%
Propano 0,3 a 4%
Uma composição preferida em em em
R134a 10 a 35%
R125 79,7 a 20%
R143a 10 a 30%
Butano 0,1 a 5%
Isobutano 0,1 a 5%
Propano 0,1 a 5%
Uma composição preferida
consiste
RI 34 a 10 a 25%
R125 74,1 a 38%
R143a 15 a 25%
Butano 0,3 a 4%
Isobutano 0,3 a 4%
Propano 0,3 a 4%
Uma composição preferida
consiste
RI 3 4 a 15 a 20%
R125 67,4 a 53%
R143a 17 a 22%
Isobutano 0,3 a 3%
Propano 0,3 a 2%
Uma composição preferida
R134a 15 a 20%
R125 67,4 a 53%
R143a 17 a 22%
Butano 0,3 a 3%
Propano 0,3 a 2%
consiste essencíalmente essencialmente essencialmente
Uma composição preferida consiste essencialmente
15/29 /3 em:
R134a 16¾
R125 60¾
R143a 21¾
Isobutano 2¾
Propano 1%
Uma composição preferida consiste essencialmente em:
RI 3 4 a 16¾
R125 60¾
R143a 21¾
Butano 2¾
Propano 1%
Em uma realização, o isobutano está presente em uma quantidade de 0,6¾ a 4% e em que, quando a composição está em um recipiente onde ambos o vapor e o líquido estão presentes, nem a fase de vapor nem a fase líquida é inflamável.
Em uma segunda realização preferida, o hidrocarboneto está presente em uma quantidade de 0,6 a 3,5¾.
Em uma realização particularmente preferida, uma composição refrigerante que pode encontrar aplicação para substituir R22 compreende:
R134a 15,7¾
R125 63¾
R143a 18¾
Butano 3,3¾
Ainda uma outra composição preferida que pode
encontrar aplicação como um substituto para R22 consiste
essencialmente em:
R134a 15,8¾
R125 63¾
R143a 18%
Isobutano 3,2%
c2:?
&
16/29
Uma outra composição refrigerante preferida compreende:
R134a 15,9%
R125 63%
R143a 18%
Isobutano 3,1%
Uma composição refrigerante preferida compreende:
R134a
R125
R143a
Isobutano
Uma outra compreende:
R134a
R125
R143a
Isobutano
16%
63%
18%
3% composição refrigerante preferida
16,1%
63%
18%
2,9%
Ainda uma outra composição refrigerante preferida compreende:
16,2%
63%
18%
2,8% composição refrigerante
R134a
R125
R143a
Isobutano
Uma outra adicional compreende:
R134a
R125
R143a
Isobutano
Uma outra compreende:
R134a
R125 preferida
16,3%
63%
18%
2,7% composição
16,4%
63% refrigerante preferida
17/29 &
preferida
R143a 18¾
Isobutano 2,6%
Ainda uma outra composição refrigerante compreende:
16,5%
63%
18%
2,5% composição
R134a
R125
R143a
Isobutano
Uma outra compreende:
R134a
R125
R14 3a
Isobutano
Uma outra compreende:
R134a
R125
R143a
Butano
Uma outra compreende:
R134a
R125
R143a
Isobutano refrigerante
16%
64%
18%
2% composição
15,7%
65%
16%
3,3% composição refrigerante preferida refrigerante preferida
R134a
R125
R143a
Isobutano
15,8%
65%
16%
3,2%
Ainda uma outra composição refrigerante compreende:
15,9%
65%
16%
3,1%
Ainda uma outra composição refrigerante preferida preferida preferida
18/29 compreende:
R134a
R125
RI 4 3 a
Isobutano
Uma outra compreende:
R13 4a
R125
R143a
Isobutano
Uma outra compreende:
R134a
R125
R143a
Isobutano
Ainda uma compreende:
R134a
R125
R143a
Isobutano Ainda uma compreende:
R134a
R125
R143a
Isobutano
Uma outra compreende:
R134a
16%
65%
16%
3% composição refrigerante
16,1%
65%
16%
2,9% composição refrigerante preferida preferida preferida preferida
16,2%
65%
16%
2,8% outra composição refrigerante
16,3%
65%
16%
2,7% outra composição refrigerante
R125
16,5%
16,4%
65%
16%
2,6% composição refrigerante preferida
19/29
R143a
Isobutano
Uma outra compreende:
R134a
R125
R143a
Butano
16%
2,5% composição refrigerante preferida
R134a
R125
R143a
Isobutano
15,7%
67%
14%
3,3%
Ainda uma outra composição refrigerante preferida compreende:
15,8%
67%
14%
3,2%
Ainda uma outra composição refrigerante preferida compreende:
R134a
R125
R143a
Isobutano
Uma outra compreende:
R134a
R125
R143a
Isobutano
Uma outra compreende:
R134a
R125
R143a
Isobutano
15,9%
67%
14%
3,1% composição refrigerante preferida
16%
67%
14%
3% composição refrigerante preferida
16,1%
67%
14%
2,9%
Ainda uma outra composição refrigerante preferida
20/29 compreende:
R134a 16,2%
R125 67%
R143a 14%
Isobutano 2,8%
Ainda uma outra composição refrigerante preferida
compreende:
RI 34 a 16,3%
R12 5 67%
R143a 14%
Isobutano 2,7%
Uma outra composição refrigerante preferida
compreende:
R134a 16,4%
R125 67%
R143a 14%
Isobutano 2,6%
Uma outra composição refrigerante preferida
compreende:
R134a 16,5%
R125 67%
R143a 14%
Isobutano 2,5%
As porcentagens e outras proporções indicadas neste relatório descritivo são em peso, a menos que esteja indicado de alguma outra maneira, e são selecionadas para totalizar 100% dentro das faixas apresentadas.
A invenção também ê descrita por meio de exemplos, mas não em um sentido limitador. As seguintes abreviaturas são empregadas.
CF - Composição de mistura Conforme Formulada
FPC - A Formulação no Pior dos Casos .· a FPC é definida como a composição que contém os componentes
Figure BRPI0707052B1_D0001
21/29 inflamáveis mais elevados (porcentagem) dentro da faixa de tolerância de manufatura e a quantidade mais baixa de componente não-inflamãvel.
FFPC - A Formulação Fracionada no Pior dos Casos:
quando uma mistura passa por um vazamento de um conjunto ou sistema, um ou mais componentes inflamáveis podem se concentrar nas fases líquida ou de vapor devido ao fracionamento. A fim de avaliar corretamente o risco possível de inflamabilidade de uma mistura, a composição da formulação no pior dos casos (FPC) é submetida a um teste de vazamento padrão tal como especificado pelo protocolo 34 da ASHRAE. Este teste de vazamento pode ser experimental ou simulado ao utilizar um programa de computador tal como Refleak da NIST.
Exemplo 1
Uma mistura que contem 88% de R134a, 10% de R125 e
2% de pentano foi colocada para passar por um vazamento da fase do vapor de um cilindro sob condições isotérmicas. O peso do cilindro foi monitorado e as fases líquida e de vapor foram analisadas através de cromatografia de gãs-líquido. A primeira análise foi feita após uma perda de refrigerante de 2%. Cada análise subsequente foi feita depois que 10% do refrigerante restante no cilindro tinham vazado, tal como mostrado na Tabela 1. A experiência foi continuada até que nenhum líquido permaneceu no cilindro.
Tabela 1
22/29
FASE LIQUIDA FASE GASOSA
RI 34a RÍ25 Pentano Perda R134a RI25 Pentano
%p.'p %p/p %p/p %W1 %p/p %p/p %p/p
88.85 8.55 2.59 2 83.20 15,06 1.74
87.31 10.53 2.16 10 86,45 11,33 222
90.24 6.95 2.81 10 84.79 13.38 1.84
90.65 6.45 2.90 10 85.83 12.23 L95
90.95 6.08 2.96 10 86.88 11.07 2.04
91.58 5.33 3.09 10 87.44 10.50 2.05
91.99 4.71 3.29 10 88.19 9.67 2.14
91.94 4,73 3.32 10 88.72 9.12 2.16
92.34 4.31 3.34 10 89.73 8.14 2.21
92.69 3,78 2.53 10 90.17 7,49 2.34
93.05 3.13 3.82 10 90,59 6.95 2.46
92.97 3.41 3.62 10 91.28 6,43 2.29
93.14 2.94 3.92 10 91.56 5.98 2.46
93.22 2.7S 4,00 10 92.07 5.48 2.45
93.39 2,57 4.03 ίο 92.48 5.00 2,52
93.48 2.27 4.25 10 92.76 4.63 2.61
93.52 2.15 4.33 10 93.33 4.13 2.74
9230 1.92 4.78 10 93.33 3.98 2.69
93.41 1,75 4-84 10 93.39 3.56 3.04
93.49 1.59 4.93 10 93.69 3_2S 3.03
93.35 1,44 5-25 10 93.83 3.02 3.15
93.25 126 5.49 10 94,12 2.81 3.07
93.33 1.23 5.43 10 94.19 2.54 3.26
93.08 1.09 5.82 10 95.25 2.40 3.35
92.82 1.03 6.15 to 94,69 1,44 3.86
92.57 0.88 6.55 10 94.43 2.00 3.57
92,27 0.86 6.87 10 94,24 1.85 3.91
92.01 0.77 7.22 10 94,44 1.68 3.87
91.39 0.76 7.84 10 10 1.59 94.49
90,62 0.58 8.79 10 10 0.S7 94,33
89.80 0.54 9.66 10 10 1.31 93.91
87.98 0,53 11.49 10 10 1.16 93,65
S5.42 0.45 14,13 10 10 1.09 93,64
84.26 0,39 15.34 10 Liquido Vazio Exemplo 2 10 1.02 93.31
Uma mistura com uma composição de CF de 63% de
R125, 18% de 143a, 15,7% de R134a e 3,3% de isobutano tem uma
composição de FPC de 62 % de R125, 18,9% de R143a, 15,7% de
Rl34a e 3,4% de isobutano. O programa Refleak da NIST foi utilizado para calcular o fracionamento desta mistura de FPC para vazamentos isotêrmicos de uma fase de vapor a 54 °C e 23/29
34°C. As composições de FFPC sob estas condições são mostradas na Tabela 2.
Tabela 2
AF WCF WCFF WCFF
54°C -34.4°C
Líquido Vapor Liquido Vapor
R125 63 62 52.8 57.6 62 70
R143A 18 18.9 18.7 19 18.9 18.8
R134a 15.7 15.7 24.7 19.8 15.7 7.4
Isobutano 3.3 3.4 3.83 3.65 3.49 3.73
%p/p vazada 82 83
Exemplo 3
Uma mistura com uma composição do CF de 63% R125,
18% de 143a, 16% de R134a, 0,6% de butano e 2,4% de isobutano tem uma composição de FPC de 62% de R125, 18,8% de R143a, 16% de R134a, 0,7% de butano e 2,5% de isobutano. O programa
Refleak da NIST foi utilizado para calcular o fracionamento desta mistura de FPC para vazamentos isotérmicos de uma fase de vapor a 54°C e -34,4°C. As composições de FFPC sob estas condições são mostradas na Tabela 3.
Tabela 3
AF WCF WCFF WCFF
54°C -34,4°C
Liquido Vapor Líquido Vapor
R125 63 62 52.3 57.3 40.8 55.5
R143A 18 18.8 48.7 18.9 16.4 19.5
R13 4a 16 16 25.1 20.2 40.2 21.7
Butano 0.6 0.7 1.14 0.9 1.1 1.01
Isobutano 2.4 2.5 2.81 2.67 1.49 2.29
Hidrocarbonetos Totais 3 3.2 3.95 3.57 2.59 3.3
%p/p vazada 82 83.8
$5
24/29
Exemplo 4
Misturas de R125, R143a, R134a e RSOOa foram avaliadas em um aparelho de ar condicionado hermético ou semi-hermético típico ao empregar o programa CYCLE D da NIST.
POTÊNCIA DE REFRIGERAÇÃO OBTIDA 10 kW
EVAPORADOR Temperatura de evaporação de ponto médio 7°C
Superaquecimento Queda de pressão da linha de 5,0°C
sucção
(na temperatura saturada) 1,5°C
CONDENSADOR Temperatura de condensação e fluido de ponto médio 45,0°C
Sub-refrigeração 5,0°C
Queda de pressão da linha de
descarga
(na temperatura saturada) 1,5°C
TROCADOR DE CALOR DA LINHA
LÍQUIDA/LINHA DE SUCÇÃO
Eficiência 0,3
COMPRESSOR
Eficiência isentrópica do 0,7
compressor
Eficiência volumétrica do 0,82
compressor
Eficiência do motor 0,85
POTÊNCIA PARASÍTICA
Ventilador do evaporador 0,3 kW
Ventilador do condensador 0,4 kW
Controles 0,1 kw
5 Os resultados da análise dos desempenhos em uma
25/29 co unidade de ar condicionado ao utilizar estes parâmetros operacionais são mostrados na Tabela 4, mais R22 para a comparação.
Tabela 4
Refrigerante 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 R22
% peso 125 60.2 61.8 63 63 63,2 63,5 64.2 64 64.3 65.7 66.5 66.8 67.1 69.2
% peso 143 a 19.8 18,6 18 18 16 18 17 18 17.4 16,8 17.1 16.3 18.1 16.2
% peso 134a 16 16 15,7 16 16 16 16 16 15.1 14.9 15.3 14,1 14 14
% peso 600a 4 3.6 3.3 3 2.8 2.5 2.8 2 3,2 2,6 1.1 2.8 0.8 0.6
Pressão de Liberação (bar) 19,53 19.63 19.74 19.77 19,81 19.86 19.83 19.96 19.85 20.00 20.24 20,07 20,45 20.53 17.91
Temperatura de Liberação (°C) 76.3 76,2 76.2 76.2 76,2 76.3 76,1 76,3 76.0 76.0 76.2 75,8 76.2 76.0 104.7
COP (sistema) 2,42 2,42 2,41 2.41 2,41 2.41 2.41 2.41 2.41 2.41 2.40 2.41 2.40 2.40 2,49
Capacidade (kW/m3) 3035 3046 3058 3062 3066 3074 3068 3085 3070 3088 3118 3095 3142 3149 3067
Deslize no evaporador ( C) 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.5 1.5 0
Deslize no Condensador (°C) 1.6 1,6 1.6 1.5 1,5 1,5 1,5 1.4 1.5 1,4 1.3 1.4 1.2 1.2 0
26/29
Figure BRPI0707052B1_D0002
A?
Θ'
27/29
Exemplo 5
Misturas de R125, R143a, R134a e RSOOa foram avaliadas em uma unidade de refrigeração de compressor aberto típica ao empregar o programa CYCLE D da NIST.
POTÊNCIA DE REFRIGERAÇÃO OBTIDA 10 kW
EVAPORADOR
Temperatura de evaporação de
-30°C ponto médio
Superaquecimento 5,0 0 C
Queda de pressão da linha de sucção {na temperatura saturada) 1,5°C
CONDENSADOR
Temperatura de condensação e
35,0°C fluido de ponto médio
Sub-refrigeração 5, CPC
Queda de pressão da linha de descarga (na temperatura saturada) 1,5°C
TROCADOR DE CALOR DA LINHA LÍQUIDA/LINHA DE SUCÇÃO
Eficiência 0,3
COMPRESSOR
Eficiência isentrópica do
0,7 compressor
Eficiência volumétrica do
0,82 compressor
Eficiência do motor 0,85
POTÊNCIA PARASíTI CA
Ventilador do evaporador 0,3 kW
Ventilador do condensador 0,4 kW
Controles 0,1 kW
5 Os resultados da análise dos desempenhos em uma
28/29 unidade de refrigeração ao utilizar estes parâmetros operacionais são mostrados na Tabela 5, mais R22 e R502 para a comparação.
Tabela 5
Refrigerante 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 R22 R502
% peso 125 60.2 61.8 63 63 63.2 63.5 64 64.2 64.3 65.7 66.5 66.8 67.1 69.2
% peso 143a 19.8 18.6 18 18 18 18 18 17 17.4 16.8 17.1 16.3 18.1 16.2
% peso 134a 16 16 15.7 16 16 16 16 16 15.1 14.9 15.3 14.1 14 14
% peso 600a 4 3.6 3.3 3 2.8 2.5 2 2.8 3.2 2.6 1.1 2.8 0.8 0.6
Pressão de Liberação (bar) 15.34 15.42 15.51 15.52 15.55 15.60 15.67 15.57 15,59 15.71 15.89 15,77 16,06 16.12 14,07 15.46
Temperatura de Liberação {0C} 82.9 82.8 82.7 82.8 82.9 82.9 83,0 82.7 82.5 82.5 82.9 82.2 82.8 82,6 132.4 93.5
COP (sistema) 1.52 1.51 1,51 1.51 1.51 1.51 1.51 1.51 1.51 1.51 1,51 1.51 1.50 1.50 1.60 1.55
Capacidade (kW/m3) 819 822 825 825 827 828 831 826 829 834 840 837 849 850 872 907
Desiize no evaporadorí C) 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.8 1.8 1.9 1.8 1.8 1.8 0.0 0.1
Deslize no Condensador (°C) 1.8 1.8 1.7 1,7 1.7 1.7 1,6 1.7 1.7 1.6 1.5 1.8 1.4 1.4 0,0 0,0
29/29
Figure BRPI0707052B1_D0003
1/5

Claims (10)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. COMPOSIÇÃO REFRIGERANTE, caracterizada por consistir essencialmente em um componente de hidrofluorocarbono que consiste, em peso, em: 5 R134a 10 a 25% R125 46 a 74,7% R143a 15 a 25% 2-metilpropano 0,3 a 4% 2. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, 10 caracterizada por consistir essencialmente, em peso, em: R134a 14 a 17% R125 59 a 71,4% R143a 14 a 20% 2-metilpropano 0,6 a 4% 15 3. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por consistir essencialmente, em peso, em: R134a 16,2% R125 63% R143a 18% 20 2-metilpropano 2,8% 4. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1,
    caracterizada por consistir essencialmente em uma das seguintes composições, em peso:
    (i) R134a 15,7% 25 R125 63% R143a 18% 2-metilpropano 3,3% (ii) R134a 15,8% R125 63% 30 R143a 18% 2-metilpropano 3,2% (iii) R134a 15,9% R125 63%
    Petição 870180017695, de 05/03/2018, pág. 4/10
  2. 2/5
    R143a 18% 2-metilpropano 3,1% (iv) R134a 16% R125 63% 5 R143a 18% 2-metilpropano 3% (v) R134a 16,1% R125 63% R143a 18% 10 2-metilpropano 2,9% (vi) R134a 16,3% R125 63% R143a 18% 2-metilpropano 2,7% 15 (vii) R134a 16,4% R125 63% R143a 18% 2-metilpropano 2,6% (viii) R134a 16,5% 20 R125 63% R143a 18% 2-metilpropano 2,5% (ix) R134a 16% R125 64% 25 R143a 18% 2-metilpropano 2% (x) R134a 15,7% R125 65% R143a 16% 30 2-metilpropano 3,3% (xi) R134a 15,8% R125 65% R143a 16%
    Petição 870180017695, de 05/03/2018, pág. 5/10
  3. 3/5
    2-metilpropano 3,2% (xii) R134a 15,9% R125 65% R143a 16% 5 2-metilpropano 3,1% (xiii) R134a 16% R125 65% R143a 16% 2-metilpropano 3% 10 (xiv) R134a 16,1% R125 65% R143a 16% 2-metilpropano 2,9% (xv) R134a 16,2% 15 R125 65% R143a 16% 2-metilpropano 2,8% (xvi) R134a 16,3% R125 65% 20 R143a 16% 2-metilpropano 2,7% (xvii) R134a 16,4% R125 65% R143a 16% 25 2-metilpropano 2,6% (xviii) R134a 16,5% R125 65% R143a 16% 2-metilpropano 2,5% 30 (xix) R134a 15,8% R125 67% R143a 14% 2-metilpropano 3,2%
    Petição 870180017695, de 05/03/2018, pág. 6/10
  4. 4/5
    (xx) R134a 15,9% R125 67% R143a 14% 2-metilpropano 3,1% 5 (xxi) R134a 16% R125 67% R143a 14% 2-metilpropano 3% (xxii) R134a 16,1% 10 R125 67% R143a 14% 2-metilpropano 2,9% (xxiii) R134a 16,2% R125 67% 15 R143a 14% 2-metilpropano 2,8% (xxiv) R134a 16,3% R125 67% R143a 14% 20 2-metilpropano 2,7% (xxv) R134a 16,4% R125 67% R143a 14% 2-metilpropano 2,6% 25 (xxvi) R134a 16,5% R125 67% R143a 14% 2-metilpropano 2,5% 5. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, 30 caracterizada por, quando pode escapar sob as condições especificadas pelo padrão 34 da ASHRAE, não gerar uma mistura de líquido ou vapor com um teor de hidrocarboneto de mais de
  5. 5% em peso.
    Petição 870180017695, de 05/03/2018, pág. 7/10
    5/5
  6. 6. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por, quando pode escapar sob as condições especificadas pelo padrão 34 da ASHRAE, não gerar uma mistura de líquido ou vapor com um teor de hidrocarboneto de mais de
    5 4% em peso.
  7. 7. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela porcentagem em peso de hidrocarboneto não variar em mais de 0,5% quando a composição sob vapor isotérmico vaza a 23°C.
    10
  8. 8. USO DE UMA COMPOSIÇÃO REFRIGERANTE, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada por ser em uma unidade de ar condicionado ou de refrigeração com um lubrificante contendo mineral ou óleo de alquilbenzeno, hidrocarboneto sintético ou o oxigênio
    15 sintético.
  9. 9. USO DE UMA COMPOSIÇÃO REFRIGERANTE, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por ser em uma unidade de ar condicionado ou de refrigeração, em que o lubrificante é uma mistura de
    20 lubrificantes contendo hidrocarboneto e oxigênio.
  10. 10. USO DE UMA COMPOSIÇÃO REFRIGERANTE, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por ser em uma unidade de refrigeração em que o lubrificante é uma mistura de lubrificantes contendo
    25 hidrocarboneto e oxigênio.
    Petição 870180017695, de 05/03/2018, pág. 8/10
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